29 Kasım 2020, Pazar

Pamuk Bazlı Hibrit Biyoyakıt Hücresi, İmplante Edilebilir Tıbbi Cihazlara Enerji Sağlayabilir

Pamuk elyafından yapılan elektrotları kullanan glikoz destekli biyoyakıt hücresi, kalp pilleri ve sensörler gibi vücuda yerleştirilebilen tıbbi cihazlara yardımcı olabilir. Geleneksel biyoyakıt hücreleri olarak iki kat daha fazla güç sağlayan yeni yakıt hücresi, tıbbi cihazlar için hibrit bir güç kaynağı sağlamak üzere piller veya süper kapasitörlerle eşleştirilebilir.

Georgia Teknoloji Enstitüsü ve Kore Üniversitesi’ndeki araştırmacılar, yakıt hücresinin verimliliğini artırmaya yardımcı olan yüksek iletkenliğe sahip elektrotlar oluşturmak için pamuğun üzerine monte edilen altın nanopartikülleri kullandılar. Bu, biyoyakıt hücrelerinin performansını sınırlandıran ana zorluklardan biri olan glikozu okside etmek için kullanılan enzimi bir elektrotla birleştirmek konusunu ele almalarını sağladı.

Altın elektrotları (hem elektrokatalitik katot hem de anot için iletken substratı sağlayan) imal etmek için kullanılan bir katman-katman montaj tekniği, güç kapasitesini santimetre kare başına 3.7 miliwatt’a kadar artırdı. 

Gürcistan Tech’in Woodruff Makine Mühendisliği Bölümü’nde yardımcı doçent olan Seung Woo Lee; “Bu cihazı kimyasal enerjiyi vücuttaki glikozdan elektrik enerjisine dönüştürmek için sürekli bir güç kaynağı olarak kullanabiliriz. Katman katman biriktirme tekniği, hem altın nanoparçacık hem de enzimin tortulaşmasını hassas bir şekilde kontrol eder ve bu yakıt hücresinin güç yoğunluğunu önemli ölçüde artırır.”

Elektrotların imalatı, hidroksil grupları içeren çok sayıda hidrofilik microfibril selüloz elyafından oluşan gözenekli pamuk lifi ile başlar. Çapı yaklaşık sekiz nanometre olan altın nanopartikülleri daha sonra organik bağlayıcı malzemeler kullanılarak fiberler üzerine monte edilir.

Araştırmacılar, glikozu okside etmek için anot oluşturmak üzere, TREN olarak bilinen amin ile işlevselleştirilmiş küçük bir molekülle dönüşümlü olarak tabakalarda glukoz oksidaz enzimi uygularlar. Oksijen indirgeme reaksiyonunun gerçekleştiği katot, elektrokatalitik özelliklere sahip olan altın kaplı elektrotları kullanmıştır.

Lee, “Enzimin yüklenmesini hassas bir şekilde kontrol ediyoruz. İletken substrat ve enzim arasındaki yük taşımacılığının iyileştirilmesi için çok ince bir tabaka oluşturuyoruz. Malzemeler arasında çok yakın bir bağlantı kurduk, böylece elektronların taşınması daha kolay.”

Resim, yeni bir biyoyakıt hücresinde elektrotlar olarak kullanılan düz pamuk liflerini ve metalik pamuk liflerini göstermektedir.
Kredi: Georgia Tech / Kore Üniversitesi

Biyo-yakıt Hücresi 

Misafir öğretim üyesi ve çalışmanın yazarlarından biri olan Yongmin Ko; “Pamuğun gözenekli oluşu, bir naylon lifi ile karşılaştırıldığında altın tabakaların sayısında bir artışa izin verdi. Pamuk, elektrokimyasal cihazlarda aktiviteyi destekleyebilecek birçok gözeneklere sahiptir. Pamuk lifi hidrofiliktir, yani elektrolit yüzeyi kolayca ıslatır.”

Pamuk lifi, elektrotların iletkenliğini iyileştirmenin ötesinde, vücudun içinde kullanılmasına izin vermek için düşük sıcaklıkta çalışmak üzere tasarlanan cihazların biyo-uyumluluğunu geliştirebilir.

İmplante edilebilir biyoyakıt hücreleri zamanla bozulabilir. ABD ve Kore ekibi tarafından geliştirilen bu yeni hücre, uzun vadeli istikrarı artırır. Lee; “Yüksek bir güç performansımız var ve kalp pilleri gibi biyomedikal uygulamalar için ömrünün artırılması gerekiyor. Biyoyakıt hücresi, bu tür piller için sürekli olarak bir şarj sağlayabilir ve potansiyel olarak pil değiştirme olmadan cihazların çalışabileceği süreyi uzatabilir.”

Kalp pilleri ve diğer implante edilebilir cihazlar artık son yıllarda piller ile çalışmaktadır, ancak ameliyat gerektiren bir prosedürde hala değiştirilmesi gerekebilir.

Ek olarak, biyoyakıt hücresi geçici kullanıma yönelik cihazları güçlendirmek için kullanılabilir. Bu tür cihazlar, bir ilacın zamanla salınmasını sağlamak için implante edilebilir, ancak cerrahi olarak çıkarmaya gerek duymadan zaman içinde biyolojik olarak bozunur. Bu uygulamalar için pil dahil edilmeyecek ve gerekli sınırlı güç, biyoyakıt hücresi tarafından sağlanabilecektir.

Araştırmanın gelecekteki hedefleri arasında biyoyakıt hücresinin bir enerji depolama aygıtı ile çalışmasını ve işlevsel bir implante edilebilir güç kaynağının geliştirilmesi yer alıyor. Lee, “Bunun için başka biyolojik uygulamalar geliştirmek istiyoruz. Pil ve yüksek performanslı depolama da dahil olmak üzere diğer uygulamalarla daha ileriye gitmek istiyoruz.”

The post Pamuk Bazlı Hibrit Biyoyakıt Hücresi, İmplante Edilebilir Tıbbi Cihazlara Enerji Sağlayabilir appeared first on NTBOX Magazin.

Hakkında: TEKNO

Ortaöğretime Yönelik 9, 10, 11 ve 12. Sınıf Düzeylerinde 1. Dönem Konularını Kapsayan Tekrar Testleri Yayımlandı

11 ve 12. Sınıf Düzeylerinde 1. Dönem Konularını Kapsayan Tekrar Testleri Yayımlandı