به گزارش اکوایران، با افزایش تقاضا برای دستگاههای پزشکی کاشتنی در سراسر جهان، نگرانیها درباره قابلیت استفاده طولانیمدت و ایمنی بیماران نیز افزایش یافته است. دستگاههایی مانند ضربانسازها، محرکهای عصبی و سیستمهای تحویل دارو به دلیل پیری جمعیت، بیماریهای مزمن و آسیبهای تصادفی به طور فزایندهای رایج شدهاند.
اگرچه این ایمپلنتها، قابلیت نجاتبخشی دارند اما تخلیه و نیاز به تعویض باتری مهمترین محدودیت آنهاست.
هر بار که نیاز به تعویض باتری باشد، بیمار باید به اتاق عمل بازگردد. این جراحیهای مکرر برای سلامت فرد خطرات جدی در پی دارد و همین امر شارژ مجدد باتری را به یک مشکل حلنشده حیاتی در این حوزه تبدیل کرده است.
اکنون، گروهی از مهندسان در کره جنوبی راهحل نوآورانهای برای این مشکل یافته اند.
شارژ فراصوت بدون محدودیت
پروفسور جینهو چانگ و همکارانش در DGIST (موسسه علم و فناوری دائگو گیونگبوک) یک سیستم شارژ بیسیم فراصوت ابداع کردهاند که میتواند باتریهای دستگاههای کاشتنی را به طور ایمن و کارآمد بدون نیاز به جراحی شارژ کند.
این سیستم از دولایه تشکیل شده است: لایه اول امواج فراصوت ورودی را جذب و به برق تبدیل میکند. لایه دوم انرژی فراصوت باقیماندهای که از لایه اول عبور میکند را جمعآوری و توان اضافی تولید میکند.
با ترکیب خروجیهای هر دو لایه، این سیستم بیش از ۲۰ درصد کارایی بالاتری نسبت به جمعآوریکنندههای معمولی ارائه میدهد.
این پژوهشگران با استفاده از شبیهسازیها، طراحی جمعآوریکننده را بهینه کرده و سپس آن را ساختند. پس از ساخت، هر دو لایه به صورت الکتریکی متصل شدند تا خروجی توان کل به حداکثر برسد.
این دستگاه در آب به چگالی توان ۴۹۷.۴۷ میلیوات بر سانتیمتر مربع و خروجی کل ۷۳۲.۲۷ میلیوات دست یافت، که برای شارژ کامل یک باتری ۱۴۰ میلیآمپرساعتی در ۱.۷ ساعت کافی است.
نتایج و عملکرد در دنیای واقعی
مهندسان کره ای، برای ارزیابی عملکرد در شرایط واقعی و شبیه سازی بدن انسان، این دستگاه را با بافت خوک به ضخامت ۳۰ میلیمتر آزمایش کردند. مشاهده شد حتی در این شرایط محدود، جمعآوریکننده ۳۱۲.۳۴ میلیوات توان ارائه می دهد.
برای آزمایش بیشتر این فناوری، تیم چانگ دو آزمایش مهم انجام داد.
در آزمایش اول، آنها یک باتری تجاری ۱۴۰ میلیآمپرساعتی را در ۱ ساعت و ۴۰ دقیقه با استفاده از یک تجهیزات زیرآبی در فاصله ۳۰ میلیمتری به طور کامل شارژ کردند. در آزمایش دوم، با استفاده از بافت خوک با همان ضخامت برای شبیهسازی آناتومی انسان، یک باتری ۶۰ میلیآمپرساعتی را در ۱ ساعت و ۲۰ دقیقه شارژ کردند.
هر دوی این نتایج در سطح جهانی بسیار مهم ارزیابی میشوند. توان خروجی بهدستآمده بیش از دو برابر سیستمهای شارژ فراصوت گزارششده قبلی است.
چانگ گفت: این تحقیق یک فناوری نوآورانه ارائه میدهد که به طور مؤثر انرژی فراصوت را، که در گذشته به طور کامل استفاده نشده بود، برای شارژ بیسیم دستگاههای پزشکی کاشتنی به کار میگیرد.
اکنون این گروه قصد دارد فناوری خود را با بهبودهای بیشتر تجاریسازی کند. هدف آنها تجاریسازی سیستمی است که با ترکیب این فناوری شارژ بیسیم فراصوت با قطعات نیمههادی با کارایی بالا، قادر به شارژ کامل در کمتر از یک ساعت باشد.
در صورت موفقیت، این رویکرد میتواند نیاز به جراحیهای مکرر را حذف کند. همچنین ممکن است در آینده نزدیک درهای جدیدی به سوی الکترونیکهای کاشتنی کوچکتر، هوشمندتر و با دوام بیشتر باز کند.
نتایج این پژوهش در نشریه Biosensors and Bioelectronics منتشر شده است.
