این سوپرخازن‌ها نه تنها انرژی تشکیل می‌کنند، بلکه باکتری‌های زیان اور را از بین می‌برند و بعد از منفعت گیری به‌طور کامل در بدن تجزیه خواهد شد. به این علت خطرات احتمالی ناشی از مواد سمی و غیرقابل تجزیه که به علت منفعت گیری از باطری‌ها برای تامین انرژی دستگاه‌ها می بود، ازبین می‌رود.

در دنیای پزشکی مدرن، نیاز به دستگاه‌های الکترونیکی کوچک و قابل بلع که بتوانند به طور ایمن در بدن انسان کار کنند، روز به روز زیاد تر حس می‌شود. اما یکی از بزرگترین چالش‌ها در این عرصه، فراهم انرژی برای این دستگاه‌ها است. در حالی که منفعت گیری از باتری‌های استاندارد به علت خطرات احتمالی ناشی از مواد سمی و غیرقابل تجزیه، گزینه‌ای مناسب به نظر نمی‌رسد، یک نوآوری شگرف در عرصه بیوالکترونیک به تازگی معارفه شده است. تیمی از محققان در دانشگاه علم و فناوری چین موفق به گسترش سوپرخازن‌های زیست‌تجزیه‌پذیر از جلبک دریایی شده‌اند که نه تنها قادر به فراهم انرژی برای دستگاه‌های پزشکی قابل بلع می باشند، بلکه با خاصیت ضدباکتریایی خود می‌توانند به درمان عفونت‌ها نیز پشتیبانی کنند. این پیشرفت می‌تواند تحولی بزرگ در درمان‌های پزشکی و طراحی دستگاه‌های الکترونیکی بدن به وجود آورد.

در دستگاه گوارش انسان، اکنون یک کپسول الکترونیکی می‌تواند انرژی خود را با منفعت گیری از جلبک دریایی بازیافتی تشکیل کند، دستگاه‌های الکترونیکی کوچک را فراهم برق کند و زمان زمان کارکرد آن به نیازهای انرژی خاص هر دستگاه بستگی دارد. این سوپرخازن قادر است با ارسال پالس‌های الکتریکی، باکتری‌های زیان اور را از بین ببرد و سپس به قطعاتی تجزیه شود که توسط باکتری‌های روده‌ای تجزیه شده و به محیط طبیعی باز می‌گردند. این فناوری نوآورانه در راستای پیشرفت‌های بیوالکترونیک، به گسترش منفعت گیری از مواد طبیعی و تجزیه‌پذیر در گسترش دستگاه‌های پزشکی پشتیبانی می‌کند.

این پیشرفت در بیوالکترونیک از منبعی غیرمنتظره ناشی شده است: نانو الیاف داخل جلبک دریایی سارجاسوم معمولی. توانایی فراهم برق ایمن برای دستگاه‌های پزشکی در داخل بدن هم چنان چالشی بزرگ باقی مانده است، با وجود پیشرفت‌های سریع در الکترونیک‌های مینیاتوری. باتری‌های استاندارد حاوی فلزات سمی و الکترولیت‌هایی می باشند که در صورت نشت می‌توانند خطرات جدی برای سلامت تشکیل کنند. منبع های برق قابل کاشت طبق معمولً نیاز به جراحی برای داخل کردن و استخراج دارند. در حالی که محققان تلاش کرده‌اند تا جانشین‌های ایمنی با منفعت گیری از هر چیزی از قند تا دستگاه‌های برداشت انرژی مکانیکی تشکیل کنند، این رویکردها طبق معمولً با مشکلاتی روبه رو خواهد شد: تشکیل انرژی ناکافی یا نیاز به اجزایی که بدن قادر به تجزیه طبیعی آن‌ها نیست.

تحقیقات و نوآوری در عرصه سوپرخازن‌های زیست‌تجزیه‌پذیر

یک تیم از دانشگاه علم و فناوری چین اکنون نشان داده است که مواد مشتق شده از جلبک دریایی می‌توانند مبنا یک منبع انرژی قوی و کاملاً قابل هضم را راه اندازی دهند. سوپرخازن آن‌ها از خواص منحصر به فرد نانو الیاف سلولزی استخراج شده از جلبک دریایی سارجاسوم منفعت گیری می‌کند که تنها با منفعت گیری از راه حلهای فرآوری مواد غذایی آماده‌سازی شده‌اند. این فناوری به علت منفعت گیری از مواد طبیعی، کم‌خطر و قابل تجزیه در بدن انسان، به یکی از با اهمیت ترین پیشرفت‌ها در عرصه بیوالکترونیک و پزشکی تبدیل شده است.

کارکرد سوپرخازن

در قلب این دستگاه، الکترودهایی از شبکه‌ای پیچیده از نانو الیاف مشتق شده از جلبک دریایی قرار دارند که هرکدام فقط ۲۰-۳۰ نانومتر قطر دارند. این نانو الیاف با ذرات کربن فعال در مقیاس نانو (که از طریق فرایند آسیاب توپ با شدت بالا پردازش شده‌اند) ترکیب خواهد شد تا ماده‌ای با هدایت الکتریکی بالا و سطح گسترده برای ذخیره بار الکتریکی تشکیل کنند. همین نانو الیاف این چنین جداسازی بین الکترودها را راه اندازی خواهند داد، در حالی که ورق طلا خوراکی به گفتن جمع‌آورنده جریان عمل می‌کند. موم زنبور عسل خوراکی این اجزاء را در بر می‌گیرد و کل دستگاه در داخل کپسولی اختصاصی که طراحی شده است تا در روده‌ها حل شود، قرار می‌گیرد.

این رویکرد به‌طور خاص مزایای بسیاری دارد. مواد منفعت گیری شده در این سوپرخازن‌ها به علت ویژگی‌های زیست‌سازگاری و تجزیه‌پذیری بالا، نگرانی‌های مرتبط با منفعت گیری از مواد شیمیایی سمی و غیرقابل هضم را به حداقل می‌رسانند. علاوه بر این، این سوپرخازن‌ها قادر به فراهم انرژی برای دستگاه‌های پزشکی بدون نیاز به نگرانی در رابطه مشکل دفع یا سمی بودن مواد در طول فرایندهای تجزیه می باشند.

ساخت و کاربرد سوپرخازن کاملاً قابل بلع

کارکرد این دستگاه آن را از دیگر منبع های انرژی زیست‌تجزیه‌پذیر نزدیک می‌کند. این سوپرخازن توانسته است ظرفیت الکترود ۲.۲۹ فاراد بر سانتی‌متر مربع را به دست آورد که تقریباً ده برابر زیاد تر از دستگاه‌های شبیه ذخیره انرژی قابل هضم است. چگالی انرژی آن به ۳۰۷ میکرووات‌ساعت بر سانتی‌متر مربع می‌رسد که برای فراهم برق سنسورهای کوچک و سیستم‌های تحویل دارو برای چند ساعت کافی است.

این کارکرد برتر نشان‌دهنده پیشرفت‌های قابل دقت در ساخت دستگاه‌های قابل هضم است که می‌تواند تحولی بزرگ در کاربردهای پزشکی تشکیل کند. به گفتن مثال، سوپرخازن‌های جلبک دریایی می‌توانند برای فراهم انرژی کپسول‌های اندوسکوپی که برای تصویربرداری از دستگاه گوارش منفعت گیری خواهد شد، به کار روال. این چنین، این فناوری می‌تواند در سنسورهایی که حالت گوارش را به طور مداوم پایش می‌کنند یا در سیستم‌های تحویل دارو که دارو را در مکان‌های خاص رها می‌کنند، منفعت گیری شود.

آزمایش‌ها در شرایط گوارشی همانند‌سازی شده یک مزیت غیرمنتظره را نشان داد: تخلیه الکتریکی که به طور طبیعی توسط دستگاه تشکیل می‌شود، باکتری‌ها را از بین می‌برد. هنگامی که دستگاه در معرض باکتری E. coli قرار گرفت، سوپرخازن قادر می بود تقریباً ۱۰۰% از سلول‌های باکتری را در عرض ۱۰ دقیقه فقط از طریق تحریک الکتریکی از بین ببرد. این تاثییر ضدباکتریایی در طول کارکرد عادی دستگاه اتفاق می‌افتد و نیازی به اجزای اضافی یا تغییرات خاص ندارد.

آزمایش‌های ایمنی و تجزیه دستگاه

محققان به طور گسترده ایمنی مواد مشتق شده از جلبک دریایی خود را آزمایش کردند. وقتی که این نانو الیاف به زمان ۲۴ ساعت در معرض سلول‌های مخاطی معده انسان قرار گرفتند، سمیت مقداری نشان دادند و بیشتر از ۹۳% از سلول‌ها نسبت به گروه‌های کنترل سالم باقی ماندند. بعد از پایان عمر سودمند دستگاه، این دستگاه به قطعات کوچکی تجزیه می‌شود که می‌توانند توسط باکتری‌های روده به مواد مغذی پایه تجزیه شوند – شبیه فرآیند هضم جلبک دریایی در فرم طبیعی خود. این ویژگی‌ها می‌توانند جهت افزایش پذیرفتن این فناوری در درمان‌های پزشکی به اختصاصی در بیمارانی شوند که به علت منفعت گیری از دستگاه‌های پزشکی مداوم نیاز به مواد باقیمانده در بدن ندارند.

کاربردهای پزشکی این فناوری

این فناوری مستقیماً به چندین کاربرد پزشکی سریع مرتبط است. سوپرخازن می‌تواند کپسول‌های اندوسکوپی را که برای عکس برداری از دستگاه گوارش طراحی شده‌اند، فراهم برق کند، سنسورهایی که شرایط روده را در طول زمان پایش می‌کنند، یا سیستم‌های هوشمند تحویل دارو که دارو را در مکان‌های خاص رها می‌کنند. قابلیت‌های ضدباکتریایی داخلی این فناوری سپس درمانی فرد دیگر را اضافه می‌کند و به طور بالقوه امکان درمان عفونت‌ها را فراهم می‌آورد.

ترکیب مواد خوراکی، تشکیل قوت کافی و قابلیت هضم کامل، قدم مهمی در راستای الکترونیک‌های قابل بلع عملی به حساب می اید. با این حال، چالش‌های مهمی تا این مدت باقی مانده‌اند. محققان باید زمان زمان کارکرد دستگاه را بهینه کنند، ایمنی آن را از طریق آزمایشات بالینی قبول کنند و فرآیندهای تشکیل استاندارد را گسترش دهند. این فناوری این چنین نیاز به آزمایش یکپارچگی با دستگاه‌های پزشکی گوناگون دارد تا کاربرد واقعی آن در دنیای پزشکی قبول شود.

در نهایت، این پیشرفت در سوپرخازن‌های زیست‌تجزیه‌پذیر، پتانسیل بسیاری برای تحول نحوه طراحی و منفعت گیری از منبع های انرژی در داخل بدن انسان دارد. این فناوری نوین می‌تواند پایه‌گذار نسل جدیدی از دستگاه‌های پزشکی باشد که به طور کاملاً ایمن، پایدار و سازگار با محیط زیست عمل می‌کنند. با دقت به این که منفعت گیری از مواد طبیعی و زیست‌تجزیه‌پذیر در دنیای پزشکی روز به روز اهمیت بیشتری اشکار می‌کند، این فناوری می‌تواند نقش مهمی در دستیابی به راه‌حل‌های پایدار و کارآمد ایفا کند.