قام باحثون في الصين بهندسة بطاريات قابلة للانثناء والتي يمكن أن تعمل على سوائل مستوحاة من الجسم مثل المحلول الملحي الوريدي العادي والمحاليل الخلويّة. صمم الباحثون في عملهم الذي نشر في العاشر من آب من عام 2017 في مجلة "كيمياء" Chem بدائل ل "بطارية -أيون الليثيوم" والتي تستخدم في الإلكترونيات المحمولة نظراً لسعتها الكهربائية العالية من خلال التركيز على متطلبات الإجهاد الميكانيكي للالكترونيات القابلة للارتداء مثل الساعات الذكيّة ومتطلبات السلامة للالكترونيات المزروعة.
يقول المؤلف المشارك "يونغ غانغ وانغ" وهو أستاذ الكيمياء في جامعة فودان ومركز الابتكار التعاوني للكيمياء لمواد الطاقة: " تأتي البطاريات الحالية مثل بطاريات الليثيوم أيون المستخدمة في الزراعة الطبية عادة بأشكال صلبة، كما أنّ معظم البطاريات المرنة التي تمّ التوصّل إليها تقوم على الشوارد العضوية القابلة للاشتعال أو التآكل مما يزيد من مخاطر السلامة وضعف التوافق الحيوي للأجهزة القابلة للارتداء بالإضافة إلى الأجهزة القابلة للزرع".
شملت تدابير السلامة للبطاريات القابلة للارتداء و القابلة للزرع بوجه عام تعزيزاً هيكليّاً لمنع تسرب المواد الكيميائية الخطيرة. بدّل الباحثون بقيادة وانغ وأستاذ العلوم الجزيئية "هيشنغ بينغ" تلك السوائل السامة والقابلة للاشتعال من أجل التوصّل إلى حلول رخيصة وصديقة للبيئة. كانت اثنتان من بين تلك الحلول متوافقة حيوياً ومناسبة للأجهزة المزروعة نظراً لكونها لا تشكل أي ضرر على داخل أو خارج الجسم. يتم تقليل خطر تسرّب الكهرباء الذي لا يزال غير مرغوب فيه عن طريق استخدام محلول ملحي عادي والذي يتمّ ضخه في الجسم في معظم العلاجات الوريديّة أو عن طريق السائل الخلوي الذي يحتوي على الأحماض الأمينية والسكريات والفيتامينات بالإضافة إلى أيونات الصوديوم وبالتالي فإنّها تحاكي السائل الذي يحيط بالخلايا البشرية.
صمم الباحثون نوعين من البطاريات المرنة وهما بطارية "حزام" ثنائي الأبعاد والتي تلتحم بها طبقات القطب الرقيقة وتتصل بشبكة من الجدائل الفولاذيّة وبطارية ذات بعد واحد على شكل ألياف و تُعتبر جزءً لا يتجزأ من الجسيمات النانوية من مواد القطب حول عمود من أنابيب الكربون بعد التغلّب على مشكلة التسرّب والتي يمكن أن تتطلب الكثير من المواد الواقية والتي تصبح البطاريات ضخمة وغير قابلة للثني بسببها. اختبر الباحثون كبريتات الصوديوم العادية والتي تُعتبر حلّاً آمناً لكونها من المواد الخاملة إلى حد ما حيث إنّ السائل المنحلّ بالكهرباء مناسب للاستخدام في الأجهزة الخارجيّة التي يمكن ارتداؤها بالإضافة إلى اختبار السوائل الحيويّة.
تفوّقت هاتان البطاريّتان على معظم بطاريات الليثيوم أيون القابلة للارتداء والتي تمّ التوصّل إليها سابقاً من حيث القدرة على الاحتفاظ بالشحنات وهو مؤشر على مدى قدرة البطارية على العمل دون إعادة شحنها وأيضاً من حيث الطاقة الناتجة مقارنة بحجمها بسبب استخدام محلول كبريتات الصوديوم المنحلّ كهربائيّاً. نجح هذا الأداء عندما قام الباحثون بثني البطاريّات بهدف محاكاة تأثير لفّ جهاز استشعار أو أحد الساعات أو جهاز مماثل لهذه الأجهزة حول ذراع بشريّة. تم تخفيض القدرة على المحافظة على الشحنات لمدّة أطول بشكل بسيط جدّاً في البطاريات التي تعتمد على المحلول الملحي أو على الخلايا المزروعة على الأرجح لأنها تحتوي على محتوى أقلّ من أيونات الصوديوم مقارنة بمحلول كبريتات الصوديوم.
إنّ رد الفعل الجانبي غير المرغوب فيه في بطاريّات الألياف كان بمثابة منفعة للباحثين باتجاه المزيد من التطبيقات الطبية الحيوية الممكنة. تستطيع الأنابيب النانوية الكربونية التي تشكل الهيكل الرئيسي للبطارية ذات البعد الواحد أن تسرّع من تحويل الأكسجين المذاب إلى أيونات الهيدروكسيد وهي عملية تضر بفعالية البطارية إذا تركت غير منضبطة ولكنّها تدعم كعملية قائمة بذاتها إمكانية علاج السرطان والالتهابات البكتيرية .
يقول وانغ: "يمكننا زرع هذه الأقطاب الكهربائية على شكل الألياف في جسم الإنسان لاستهلاك الأكسجين الضروري وخاصة في المناطق التي يصعب على الأدوية المحقونة الوصول إليها". ويضيف: "قد تؤدي عملية "إزالة الأكسجين" Deoxygenation إلى القضاء على الخلايا السرطانية أو البكتيريا المسببة للأمراض لأنها حساسة جداً للتغيرات في درجة الحموضة في بيئتها. يُعتبر هذا التطبيق افتراضيّاً حتّى هذه اللحظة ولكننا نأمل في إجراء مزيد من الأبحاث مع علماء الأحياء وعلماء الطب".
المصدر