محققان دانشگاه کمبریج یک باتری ژله‌ای نوین ساخته‌اند که می‌تواند انرژی مورد نیاز ایمپلنت‌های پزشکی و دستگاه‌های پوشیدنی را در بدن انسان تامین کند. این پیشرفت جدید‌ترین گام در توسعه هیدروژل‌های انعطاف‌پذیر با رسانایی الک‌تریکی برای کاربرد‌های بیوالک‌ترونیک است.

استفان اونیل، محقق دکترا و نویسنده اصلی این مطالعه در دانشگاه کمبریج، بیان کرد لوازم الک‌ترونیکی مانند تلفن‌ها و رایانه‌ها بسیار سخت و سفت هستند، در حالی که بدن انسان بیش‌تر از آب تشکیل شده و بافت‌های بسیار نرمی دارد.

او افزود ما تلاش کرده‌ایم تا دستگاه‌های الک‌ترونیکی را نرم و کشسان سازیم تا بتوانند با بافت‌های درونی بدن یا پوست تعامل برقرار کنند. در روش ما، هیدروژل‌هایی با رسانایی یونی ساخته شده‌اند.

این باتری‌ها از لایه‌های هیدروژل برای ایجاد جریان الک‌تریکی ساخته شده‌اند و شبیه به نوار‌های ژله‌ای به نظر می‌رسند.

الهام از مارماهی‌های الک‌تریکی

محققان توضیح دادند که این باتری جدید از مارماهی‌های الک‌تریکی الهام گرفته شده است که شکار خود را با استفاده از الک‌تروسیت‌ها، یعنی سلول‌های ماهیچه‌ای خاص، بیهوش می‌کنند.

تیم پژوهشی کمبریج بیان کرد که اگرچه هیدروژل‌ها قبلا برای تامین انرژی در بدن مورد استفاده قرار می‌گرفتند، اما این نخستین بار است که خاصیت کشش‌پذیری به آن‌ها اضافه شده است. از آنجا که این باتری‌ها فاقد اجزای سخت مانند فلز هستند، احتمال رد فعل ایمونی بدن یا ایجاد بافت زخم به شدت کاهش یافته است.

هیدروژل‌ها به دلیل کنترل دقیق خواص مکانیکی و شباهت به ویژگی‌های بافت انسانی، کاندیدای ایده‌آلی برای تکنولوژی رباتیک نرم و بیوالک‌ترونیک محسوب می‌شوند.

اونیل در بیانیه‌ای گفت طراحی موادی که هم کشسان باشند و هم رسانایی بالا داشته باشند بسیار چالش‌برانگیز است، زیرا این دو ویژگی معمولا در تضاد با هم هستند. به طور معمول، وقتی یک ماده کشیده می‌شود، رسانایی آن کاهش می‌یابد.

پلیمر‌های شبکه سه‌بعدی موجود در هیدروژل‌ها از طریق تعاملات برگشت‌پذیر خواص مکانیکی باتری را کنترل می‌کنند.

جید مک‌کیون، از نویسندگان این مطالعه، اظهار داشت معمولا هیدروژل‌ها از پلیمر‌های بی‌بار ساخته می‌شوند، اما با شارژ کردن آن‌ها می‌توان رسانایی را در آن‌ها ایجاد کرد. با تغییر ساختار بلوری هر ژل، می‌توانیم لایه‌ها را به هم چسبانیم و انرژی پتانسیل بیش‌تری حاصل کنیم.

باتری‌های ژله‌ای نرم و کشسان می‌توانند برای انتقال دارو یا درمان بیماری‌هایی مانند صرع در مغز کاشته شوند.

دانشمندان امیدوارند این ژل با تزریق سلول‌های بنیادی قادر باشد صدمه‌های ناشی از سکته قلبی را ترمیم کند و از شکل‌گیری بافت زخم پیشگیری نماید.

باتری کشسان و ترمیم‌شونده

باتری‌های ژله‌ای می‌توانند بدون از دست دادن شکل و رسانایی، با استفاده از مولکول‌هایی به نام کوکوربیت‌اوریل که چسبندگی قوی و پیوند‌های برگشت‌پذیر بین لایه‌ها ایجاد می‌کنند، فشرده یا کشیده شوند.

تیم پژوهشگران می‌گوید این هیدروژل‌ها می‌توانند در صورت آسیب، به طور خودکار ترمیم شوند. خواص این باتری‌ها می‌تواند با بافت‌های بدن انسان سازگار باشد و امید را برای کاربرد‌های آینده در ایمپلنت‌های زیستی-پزشکی تقویت می‌کند.

اورن شرمن، مدیر آزمایشگاه ملویل کمبریج، بیان کرد ما می‌توانیم خواص مکانیکی هیدروژل‌ها را طوری تنظیم کنیم که با بافت‌های انسانی هم‌سو باشد. از آنجا که ایمپلنت‌های هیدروژلی فاقد اجزای سخت مانند فلز هستند، احتمال رد فعل ایمونی یا ایجاد بافت زخم به شدت کاهش یافته است.

دانشگاه کمبریج اعلام کرد که این هیدروژل‌ها پیش از کاربرد‌های پزشکی، در موجودات زنده آزمایش خواهند شد.