يُعتبر تغيير البطاريات في الأجهزة مهمة متعبة ومزعجة، وتصبح العملية متعبة بشكل أكبر إذا وُجد الجهاز داخل الجسم كأجهزة تنظيم ضربات القلب وزرعات قوقعة الأذن والمستشعرات وغيرها من الأجهزة الطبية التي يعتمد عليها الملايين وتُشغّلها بطاريات تتطلب استبدالًا متكررًا وقد تشكل ضررًا على الإنسان. وفي هذا الصدد، قام فريق من الباحثين في جامعة خليفة بدراسة هذا التحدي ووجدوا أن موادًا مثل الكربون المنشط والغرافين وبعض أكاسيد المعادن يمكنها تعزيز فعالية الأجهزة الطبية بأنظمة تخزين الطاقة مثل المكثفات الفائقة الحيوية لتصبح أكثر أمانًا وكفاءة.
نشر كلٌّ من سعادة البروفيسور إبراهيم الحجري، أستاذ الهندسة الميكانيكية والنووية والدكتورة أمل الغافري، أستاذة مشاركة والعالمَين البحثيَين الدكتور نيليش شودانكار والدكتور جانغ كيو كيم من قسم الهندسة الميكانيكية والنووية والدكتور روهان أمبادي، من قسم هندسة الطيران والفضاء في جامعة خليفة، ورقة بحثية بعنوان "ثورة فيالتكنولوجيا القابلة للزراعة: مكثفات الطاقة الفائقة الحيوية كمستقبلٍ لمصادر الطاقة"، في المجلة العلمية "أدفانسد فَنكشنال ماتيريالز"، المصنّفة في قائمة أفضل 10% من المجلات العلمية في مجال فيزياء المواد المكثفة. يضم الفريق أيضًا الأستاذ الدكتور يون سوك هو، من جامعة إينها في كوريا الجنوبية والأستاذ الدكتور يونغ كيو هان من جامعة دونغ كوك في سيول في كوريا الجنوبية، والدكتور براغاتي شيندي من المعهد الوطني لعلوم المواد في اليابان.
تعد بطاريات أيون الليثيوم التقليدية المصدر المعتاد للطاقة في الأجهزة الطبية الإلكترونية القابلة للزراعة مثل المستشعرات وأجهزة تنظيم ضربات القلب وأجهزة إزالة الرجفان القابلة للزرع وزرعات قوقعة الأذن والمحفزات وفي الأجهزة القابلة للارتداء أيضًا. ويمكن أن تساعد الأجهزة الطبية الإلكترونية في العلاج والتشخيص عندما تكون مدمجة في الجسم، حيث تحتوي على أجزاء إلكترونية مختلفة مثل الدوائر المتكاملة والمستشعرات ومصادر الطاقة مثل البطاريات وخلايا الوقود الحيوي التي قد تشكّل مخاطر بسبب التسرّب المحتمل للسموم على الرغم من أنها قد تكون صغيرة، كما يُعتبر الاستبدال المتكرر للبطارية، أو الجهاز الذي يمكن أن يتطلب استبداله عملية جراحية، مشكلة أخرى شائعة تزيد من تكلفة الرعاية الصحية والمخاطر التي قد تهدد حياة المرضى.
تسهم المواد المستخدمة في مكثفات الطاقة الفائقة الحيوية، مثل الكربون المنشط والغرافين في تحسين أداء المكثفات، كما تُمكّنها خاصية عدم تحفيز ردة فعل ضارة في السياقات الحيوية، من التفاعل بأمان مع الأنسجة الحيوية. إضافة لذلك، تتمتع مكثفات الطاقة الفائقة بمزايا تتفوق من خلالها حتى على البطاريات القابلة لإعادة الشحن، والتي تشمل الطاقة الكهربائية العالية والعمر التشغيلي الطويل والمقاومة الداخلية المنخفضة والتكلفة الاقتصادية وعدم السمية وحاجتها المنخفضة للصيانة. ويمكن لمكثفات الطاقة الفائقة التي توفر الطاقة للأجهزة الطبية الحيوية توفير طاقة موثوقة على مدى فترات طويلة للأجهزة القابلة للزرع والتي يمكن وضعها داخل الجسم أو ارتداؤها على الجلد، عند دمجها مع أنظمة جمع الطاقة وتحويلها.
من جهته قال الدكتور نيليش تشودانكار: "ركزت الدراسات الحديثة على أفضل المواد المستخدمة في الأقطاب الكهربائية والمواد التي تصبح موصلة للكهرباء عندما تذوب في الماء أو تنصهر، لاستخدامها في الأجهزة القابلة للارتداء والمحمولة، ولكن لا توجد حاليًا أي دراسة حول مكثفات الطاقة الفائقة الحيوية للأجهزة الطبية الإلكترونية القابلة للزرع. ويُعتبر من الضروري سد هذه الفجوة لمواجهة التحديات الحالية، حيث تغطي هذه الدراسة جميع التطورات في المواد المستخدمة في مكثفات الطاقة الفائقة الحيوية واستراتيجيات التصميم ومتطلبات الطاقة لمختلف تكنولوجيات الأجهزة الطبية الإلكترونية القابلة للزرع والسّمات الهامة اللازمة لأنظمة تخزين الطاقة الخاصة بها.”
ترجمة: مريم ماضي
أخصائية ترجمة وتعريب