Massachusetts Amherst Üniversitesi mühendisleri, insan kalp hücreleriyle birlikte çalışarak hareketi elektriğe dönüştüren esnek bir biyohibrit ağ geliştirdi. Araştırma, giyilebilir sağlık teknolojileri ve vücut içine yerleştirilen elektronikler için alternatif enerji kaynaklarını inceliyor. Ekip, laboratuvar deneylerinde geleneksel merkezi tasarımlara kıyasla yaklaşık on kat güç yoğunluğu elde ettiğini bildirdi.
Hücrelerin kasılması küçük üreteçleri harekete geçiriyor
Ağ, ince bir polimer platforma yerleştirilmiş çok sayıda küçük piezoelektrik üreteçten oluşuyor. Bu bileşenler şekil değiştirirken elektrik yükü oluşturuyor. Kalp hücreleri ağın içine ve çevresine doğru büyüyerek elektronik parçalarla birlikte hareket edebilen bir doku meydana getiriyor.
Hücreler kasıldığında ağ da biçim değiştiriyor ve üreteçler enerji topluyor. Böylece sistem, enerjiyi tek bir büyük kaynaktan almak yerine dokunun farklı bölgelerinden elde ediyor. Çalışmanın kıdemli yazarı Jun Yao, dağıtık tasarımın canlı dokunun çalışma biçiminden esinlendiğini belirtiyor.
Üreteçlerde kurşun zirkonat titanat (PZT) adlı piezoelektrik malzeme kullanılıyor. Araştırmacılar bu malzemeyi ince şeritler hâlinde esnek polimer yüzeye yerleştiriyor. Açık ağ yapısı, hücrelerin yalnızca yüzeye tutunması yerine bileşenlerin arasına doğru büyümesine imkân tanıyor.
Çalışma henüz laboratuvar aşamasında
Deneysel ağ ile kullanıma hazır bir tıbbi cihaz arasında önemli bir fark bulunuyor. Ekip, bu sistemi bir hastaya takılmış kalp pilini çalıştırmak için kullandığını bildirmedi. Yao, araştırmanın şu anda yalnızca laboratuvar ortamında yürütüldüğünü vurguluyor. Dolayısıyla bulgular, tıbbi implantlarda pil değişimini bugün ortadan kaldıran bir ürün olarak yorumlanmamalı.
Bununla birlikte güç kaynağının küçültülmesi, vücut içi elektronikler açısından mühendislik sorunlarından birine odaklanıyor. Piller cihazlarda yer kaplıyor ve enerji depolama kapasitelerinin bir sınırı bulunuyor. Ayrıca vücut içine yerleştirilen bir elektronik sisteme erişmek, dışarıdaki bir akıllı saati şarja bağlamak kadar kolay değil. Araştırma, bu meseleye hücre ölçeğinde bir yaklaşım sunuyor.
Açıklanan yaklaşık on katlık değer, belirli bir hacimde üretilen gücün karşılaştırmasına dayanıyor. Bu oran, cihazın on kat daha uzun çalışacağı ya da her kullanımda toplamda on kat fazla enerji sağlayacağı anlamına gelmiyor. Üretim kapasitesini artırmak için ağ katmanlarını üst üste yerleştirmek de araştırmacıların değerlendirdiği seçenekler arasında.
Science Advances dergisinde yayımlanan çalışma, canlı doku ile elektronik bileşenlerin yakın mekanik temasını ele alıyor. Ancak uzun vadeli dayanıklılık, vücut içindeki güvenlik ve gerçek cihazların sürekli güç gereksinimlerinin karşılanıp karşılanamayacağı, klinik kullanımdan önce yanıtlanması gereken konular arasında yer alıyor.
