Key Takeaways
- Peneliti MIT mengembangkan sel tenaga baru yang bekerja menggunakan glukosa tubuh Anda.
- Sel dapat memberi daya pada perangkat medis dan membantu orang yang menanamkan gadget elektronik di tubuh mereka untuk kenyamanan.
- Perangkat implan harus sekecil mungkin untuk meminimalkan dampaknya pada pasien.
Tubuhmu sendiri bisa menjadi sumber tenaga untuk gadget masa depan.
Ilmuwan MIT telah mengembangkan sel bahan bakar bertenaga glukosa yang dapat menjadi bahan bakar untuk implan dan sensor mini. Perangkat mengukur sekitar 1/100 diameter rambut manusia dan menghasilkan sekitar 43 mikrowatt per sentimeter persegi listrik. Sel bahan bakar dapat berguna dalam pengobatan dan sejumlah kecil tetapi semakin banyak orang yang menanamkan gadget elektronik ke dalam tubuh mereka untuk kenyamanan.
"Sel bahan bakar glukosa dapat berguna untuk menyalakan perangkat implan menggunakan bahan bakar yang tersedia di dalam tubuh, " Philipp Simons, yang mengembangkan desain sebagai bagian dari Ph. D. tesis, kata Lifewire dalam sebuah wawancara email. "Misalnya, kami membayangkan menggunakan sel bahan bakar glukosa untuk menggerakkan sensor yang sangat kecil yang mengukur fungsi tubuh. Pikirkan pemantauan glukosa untuk pasien diabetes, pemantauan kondisi jantung, atau pelacakan biomarker yang mengidentifikasi evolusi tumor."
Kecil tapi Perkasa
Tantangan terbesar dalam merancang sel bahan bakar baru datang dengan desain yang cukup kecil, kata Simons. Dia menambahkan bahwa perangkat implan harus sekecil mungkin untuk meminimalkan dampaknya pada pasien.
"Saat ini, baterai sangat terbatas ukurannya: jika Anda membuat baterai lebih kecil, itu mengurangi berapa banyak energi yang dapat diberikannya," kata Simons. "Kami telah menunjukkan bahwa dengan perangkat yang 100 kali lebih tipis dari rambut manusia, kami dapat menyediakan energi yang cukup untuk menyalakan sensor miniatur."
Mengingat seberapa kecil sel bahan bakar kita, orang dapat membayangkan perangkat implan yang hanya berukuran beberapa mikrometer.
Simons dan rekan-rekannya harus membuat perangkat baru yang mampu menghasilkan listrik dan cukup tangguh untuk menahan suhu hingga 600 derajat Celcius. Jika digunakan dalam implan medis, sel bahan bakar harus melalui proses sterilisasi suhu tinggi.
Untuk menemukan bahan yang dapat menahan panas tinggi, para peneliti beralih ke keramik, yang mempertahankan sifat elektrokimianya bahkan pada suhu tinggi. Para peneliti membayangkan desain baru dapat dibuat menjadi film atau pelapis ultra tipis dan dililitkan di sekitar implan untuk memberi daya elektronik secara pasif, menggunakan pasokan glukosa tubuh yang melimpah.
Ide untuk sel bahan bakar baru datang pada tahun 2016 ketika Jennifer L. M. Rupp, pembimbing tesis Simons dan seorang profesor MIT, yang berspesialisasi dalam perangkat keramik dan elektrokimia, melakukan tes glukosa selama kehamilannya.
"Di kantor dokter, saya adalah ahli elektrokimia yang sangat bosan, memikirkan apa yang dapat Anda lakukan dengan gula dan elektrokimia," kata Rupp dalam rilis berita. "Kemudian saya menyadari akan lebih baik untuk memiliki perangkat solid-state bertenaga glukosa. Dan Philipp dan saya bertemu sambil minum kopi dan menulis di serbet gambar pertama."
Sel bahan bakar glukosa pertama kali diperkenalkan pada 1960-an, tetapi model awal didasarkan pada polimer lunak. Sumber bahan bakar awal ini digantikan oleh baterai lithium-iodide.
"Sampai saat ini, baterai biasanya digunakan untuk menyalakan perangkat implan seperti alat pacu jantung," kata Simons. "Namun, baterai ini pada akhirnya akan kehabisan energi yang berarti alat pacu jantung perlu diganti secara teratur. Ini sebenarnya sumber komplikasi yang besar."
Masa Depan Mungkin Kecil dan Dapat Ditanam
Dalam mencari solusi sel bahan bakar yang bisa bertahan tanpa batas di dalam tubuh, tim mengapit elektrolit dengan anoda dan katoda yang terbuat dari platinum, bahan stabil yang mudah bereaksi dengan glukosa.
Jenis bahan dalam sel bahan bakar glukosa baru memungkinkan fleksibilitas dalam hal di mana ia dapat ditanamkan ke dalam tubuh. "Misalnya, ia dapat menahan lingkungan korosif dari sistem pencernaan, yang memungkinkan sensor baru memantau penyakit kronis seperti sindrom iritasi usus besar," kata Simons.
Para peneliti menempatkan sel ke wafer silikon, menunjukkan bahwa perangkat dapat dipasangkan dengan bahan semikonduktor umum. Mereka kemudian mengukur arus yang dihasilkan oleh setiap sel saat mereka mengalirkan larutan glukosa ke setiap wafer di stasiun uji yang dibuat khusus.
Banyak sel menghasilkan tegangan puncak sekitar 80 milivolt, menurut hasil yang dipublikasikan dalam makalah terbaru di jurnal Advanced Materials. Para peneliti mengklaim ini adalah kepadatan daya tertinggi dari semua desain sel bahan bakar glukosa.
Sel bahan bakar glukosa dapat berguna untuk menyalakan perangkat implan menggunakan bahan bakar yang tersedia di dalam tubuh.
Tim MIT telah "membuka rute baru ke sumber daya miniatur untuk sensor yang ditanamkan dan mungkin fungsi lainnya," Truls Norby, profesor kimia di Universitas Oslo di Norwegia, yang tidak berkontribusi pada pekerjaan itu, mengatakan dalam rilis berita. "Keramik yang digunakan tidak beracun, murah, dan tidak lembam, baik terhadap kondisi tubuh maupun kondisi sterilisasi sebelum implantasi. Konsep dan demonstrasinya sejauh ini memang menjanjikan."
Simons mengatakan bahwa sel bahan bakar baru dapat mengaktifkan kelas perangkat yang sama sekali baru di masa depan. "Mengingat seberapa kecil sel bahan bakar kami, orang dapat membayangkan perangkat implan yang hanya berukuran beberapa mikrometer," tambahnya. "Bagaimana jika sekarang kita dapat menangani sel individu dengan perangkat implan?"
