طراحی آرایه‌ای از نانوبیو ابرخازن (nBSCs) با توان ذخیره‌سازی بالا

تاریخ : ۰۳ آذر ۱۴۰۰

تعداد بازدید : ۱۴۶

0 امتیاز از 0 رای
نسخه چاپی
موضوعات :

محققان نانوبیوابرخازنی ساختند که می‌تواند در حد یک باتری قلمی انرژی ذخیره کند که این دستاورد برای حوزه ایمپلنت و روباتیک بسیار جالب توجه است.

کوچک سازی فناوری حسگرهای میکروالکترونیک، روبات‌های میکروالکترونیک یا ایمپلنت‌های داخل عروقی به سرعت در حال پیشرفت است. با این حال، چالش‌های عمده‌ای در این مسیر وجود دارد. یکی از بزرگ‌ترین آنها، توسعه دستگاه‌های ذخیره‌سازی انرژی کوچک اما کارآمد است.

علاوه بر این، اگر قرار باشد این وسایل ذخیره انرژی اصلاً در بدن مورد استفاده قرار گیرند، باید زیست سازگار باشند. به تازگی یک نمونه اولیه از چنین ابزاری ساخته شده است. این پیشرفت توسط یک تیم تحقیقاتی بین المللی به رهبری پروفسور الیور جی اشمیت، استاد سیستم‌های مواد برای نانوالکترونیک در دانشگاه فناوری کمنیتس به دست آمد.

در شماره اخیر مجله Nature Communication  مقاله‌ای با عنوان "نانو ابرخازن های زیستی عملکرد حسگر اوتارکیک در خون را امکان پذیر می کند" به چاپ رسیده است. در این مقاله محققان در مورد کوچکترین میکرو ابرخازن‌هایی تا به امروز در رگ های خونی (مصنوعی) قابل استفاده هستند توضیحاتی ارائه کردند، ابرخازن‌های که می‌توانند به عنوان منبع انرژی برای سیستم حسگری کوچک برای اندازه گیری pH استفاده شوند.

این سیستم ذخیره‌سازی فرصت‌هایی را برای ایمپلنت‌های داخل عروقی و سیستم‌های میکرورباتیک برای نسل بعدی زیست‌پزشکی باز می‌کند که می‌توانند در فضاهای کوچک غیرقابل دسترس در اعماق بدن انسان به کار گرفته شوند. به عنوان مثال، تشخیص به موقع PH خون می تواند به پیش بینی رشد اولیه تومور کمک کند.

پروفسور دکتر الیور جی اشمیت، رهبر این گروه تحقیقاتی، که از این موفقیت تحقیقاتی بسیار خرسند است، می‌گوید: «بسیار دلگرم‌کننده است که می‌بینیم میکروالکترونیک‌های جدید، بسیار انعطاف‌پذیر و قابل انعطاف ​​وارد سیستم‌های زیستی شده‌اند.»

ساخت نمونه‌‌های اولیه و بررسی ابرخازن زیستی عمدتاً در مرکز تحقیقاتی MAIN در دانشگاه فناوری کمنیتس انجام شده است.

دکتر وینیت کومار، محقق تیم پروفسور اشمیت، می گوید: «معماری ابرخازن‌های نانو زیستی ما اولین راه حل بالقوه برای یکی از بزرگترین چالش‌ها است، چالشی به نام ذخیره‌سازی انرژی یکپارچه کوچک که عملکرد خودکفا در میکروسیستم های چند منظوره داشته باشد.

با این حال، دستگاه‌های ذخیره‌سازی انرژی کوچک‌تر، به اصطلاح «نانو ابرخازن‌ها» (nBSC)، برای قطعات میکروالکترونیک، یک چالش فنی بزرگ هستند. این به این دلیل است که قاعدتاً این ابرخازن‌ها از مواد زیست سازگار استفاده نمی‌کنند، بلکه از الکترولیت‌های خورنده استفاده می‌کنند و در صورت بروز نقص و آلودگی به سرعت همه جا آلوده می‌شود.

نانوبیو ابرخازن راه حلی برای این مشکل ارائه می‌دهند. آنها دو خاصیت برجسته دارند: اول این که کاملاً زیست سازگار هستند، به این معنی که می‌توان از آنها در مایعات بدن مانند خون استفاده کرد و همچنین می‌توان از آنها برای مطالعات پزشکی بیشتر استفاده کرد. علاوه بر این، ابرخازن‌های زیستی می‌توانند رفتار تخلیه خود را از طریق واکنش‌های بیوالکتروشیمیایی جبران کنند. با این کار حتی از واکنش های خود بدن نیز سود می برند.

تیم پروفسور الیور اشمیت اکنون موفق به تولید یک نانوبیو ابرخازن لوله ای با حجم 0.001 میلی متر مکعب (1 نانولیتر) شده است، که در عین حال ولتاژ تغذیه 1.6 ولت را برای حسگرهای میکروالکترونیک ارائه می کند.

سطح توان این نانوبیو ابرخازن تقریباً معادل ولتاژ یک باتری AAA استاندارد است.

منبع : https://www.nanowerk.com/nanotechnology-news2/newsid=58660.php

نظر شما