باتری قطره‌ای با الهام از مار ماهی ساخته شد

به گزارش خبرنگار علم و فناوری آنا، طبق گزارشی که در نشریه نیچر منتشر شده، محققان با الهام از شیوه تولید الکتریسیته در مار ماهی ها، از شیب یونی استفاده کردند.

پژوهشگران طی سال‌های طولانی سعی کردند دستگاه‌های کوچکی طراحی کنند که به طور مستقیم با سلول‌ها در بدن انسان یکپارچه می‌شود. توانایی انجام این کار شیوه‌های درمانی جدیدی مانند انتقال مستقیم دارو به سلول‌ها را ایجاد می‌کند. با این وجود تحولات در این حوزه به دلیل نبود منبع برق مناسب با چالش روبرو بود.

با فناوری‌های فعلی نمیتوان باتری را طوری طراحی کرد که در مقیاس میکرو عمل کنند، اما محققان دانشکده شیمی آکسفورد اکنون یک منبع برق مینیاتوری ابداع کرده اند که به آن باتری قطره‌ای لقب داده اند.

برای این منظور آن‌ها از مار ماهی الهام گرفتند، زیرا این حیوان به طور طبیعی قادر به تولید الکتریسیته با کمک گرادیان‌های یون داخلی است.

پژوهشگران در طراحی باتری زنجیره‌ای شامل ۵ قطره نانولیتری از یک هیدروژل رسانا را به کار بردند. هیدروژل در حقیقت شبکه‌ای ۳ بعدی از زنجیره پلیمر‌ها است که می‌تواند مقدار زیادی آبی را جذب کند و در خود نگه دارد. هر یک از قطرات حاوی ترکیبی متفاوت بود بنابراین محققان می‌توانستند گرادیان‌های نمک را در زنجیره بسازند.

قطرات با استفاده از دولایه لیپیدی از یکدیگر جدا شده بودند که نه تنها اجازه نمی‌دادند یون‌ها بین آن‌ها جریان یابند بلکه پشتیبانی مکانیکی نیز برای این امر فراهم می‌کردند.

برای فعال کردن دمای باتری ساختار تا ۲۹ درجه فارنهایت (۴ درجه سلیوس) کاهش یافت و واسطه محیطی نیز تغییر کرد. این امر به اختلال دولایه‌های لیپیدی و ایجاد هیدروژل به طور مداوم منجر شد.

قطرات با نمک بالا در هر دو وجود داشتند و همزمان قطرات با نمک کمتر در وصل زنجیره قرار گرفتند. هنگامی‌که الکترود‌ها به دو انتهای قطرات متصل شدند، محققان توانستند از گردایان یونی برای تولید برق استفاده کنند.

محققان هنگام استفاده از ۵۰ نانوقطره توانستند حداکثر بازده برق یعنی ۶۵ نانووات را تولید کنند که این جریان برق به مدت ۳۰ دقیقه ادامه داشت. جالب آنکه باتری نیز توانست به مدت ۳۶ ساعت ذخیره شود و همچنان همان مقدار برق تولید کند.

محققان برای آنکه نشان دهند باتری قطره‌ای در سلول‌های انسانی نیز کاربرد دارد آن‌ها را به سلول‌های پیش ساز انسانی که با رنگ آمیزی شده بودند، چسباندند. هنگامیکه باتری روشن شد، سلول‌ها نیز سیگنال‌های داخل سلولی نمایش دادند.