ساخت نانو مولدهای قابل کاشت در بدن

در حال حاضر تنها راه اندازه گیری سطح قند خون و پایش
مداوم آن برای بیش از صد میلیون دیابتی در سطح جهان، گرفتن نمونه خون با
زدن سوزنی به سر انگشت و قرار دادن آن روی نوار تست دستگاه سنجش است؛ اما
هم اکنون دانشمندان آزمایشگاههای مختلف جهان به این منظور در حال تلاش برای
ساخت نوعی نانو حسگر کاشتنی در زیر پوست، به اندازه مثلاً یک دانه برنج می‌باشند.

این دستگاه می‌تواند سطح قند خون را در فواصل زمانی دلخواه (و حتی به‌طور
پیوسته) اندازه گیری نموده و با اتصال به فرستنده گیرنده‌های خارجی، نتایج
بدست آمده را به‌طور خودکار به رایانه پزشک ارسال کرده و یا در صورت وجود
مشکل، به بیمار هشدار دهد.

ساخت چنین ابزاری از جمله موارد نوید بخش نانوپزشکی است که به کمک آن می‌توان
آزمایشهای لازم را در جا و بلادرنگ انجام داد. اما از موارد ضروری و مهم
برای این نانو حسگر‌های قابل کاشت (با کاربردهای بسیار زیادی که در مصارف
پزشکی، پایش‌های زیست‌محیطی و حسگری زیستی و. . . دارند) وجود منبع تغذیه
مستقل (نانوباتری یا نانو مولدی که بتواند انری لازم را از محیط پیرامون
خود تأمین کند) می‌باشد و تولید نمونه اولیه جدید آنکه با موفقیت داخل یک
سیال زیستی مانند خون آزمایش شده است گامی به سمت تولید نانو سیستمهای
مستقل به شمار می‌آید.

این مولدها می‌توانند انرژی مکانیکی (بعنوان مثا ل انرژی حاصل از حرکت بدن
یا کشش ماهیچه‌ها) و یا ارتعاشی (امواج صوتی / مافوق صوتی) یا هیدرولیکی (مانند
سیالات داخل بدن و جر یان خون) را به انرژی الکتریکی تبدیل کنند.

دکتر زونگ لی وانگ و همکارانش با استفاده از یک روش ابتکاری که جزئیات آن
در مقاله ای با عنوان” نانومولدهای dc با استفاده از امواج مافوق صوت ” در
نشریه ساینس منتشر شده است؛ نانو مولدی را (با استفاده از جفت کردن نانوسیم‌های
نیمه رسانا از قبیل اکسید روی با یک قطعه الکترونیکی پیزوالکتریک) ساخته‌اند
که می‌تواند انرژی مکانیکی و هیدرولیکی را به انرژی الکتریکی تبدیل نماید.

آخرین مدل این نانو مولد می‌تواند با استفاده از امواج مافوق صوت، در یک
سیال زیست سازگار برق تولید نماید.

آنها قبلا ً نیز توانسته بودند با خم کر دن نانوسیم‌های موازی توسط نوک یک
میکروسکو پ نیروی اتمی (AFM) سیگنال‌هایی به‌صورت پالس کوتاه تولید کنند.

 

لغات داخل شکل: امواج صوتی یا ارتعاشات مکانیکی،
الکترود زیگزاگی، مواد بسته بندی نرم، زیرلایه (جامد یا انعطاف پذیر)

در این شکل نانو مولد dc ساخته شده با آرایه ای از نانوسیمهای ZnO با
الکترودهایی که به‌صورت زیگزاگی بالای آن قرار گرفته‌اند نشان داده شده است
و انرژی آن هم با استفاده از امواج مافوق صوت خارجی یا ارتعاشات مکانیکی
تأمین شده و در نهایت جریان پیوسته ای در خروجی تولید می‌شود.
 

اخیراً دانشمندان مؤسسه فناوری جورجیا موفق شدند نانو
مولدی (به اندازه ۲ میلمتر مربع و با بیش از یک میلیون نانوسیم) را که در
یک سیال زیستی کار می‌کند ساخته و به مدت چهار ساعت بی وقفه آزمایش کنند و
مشاهده نمودند که بازدهی آن ۳۰ برابر نمونه‌های مشابه قبلی بود. ساخت این
ابزار محملی برای توسعه کاربرد‌های مهمی مانند ابزارهای حسگری قابل کاشت
درون بدن خواهد بود.

دانشمندان سعی دارند با بهینه سازی اندازه، ارتفاع، یکنواختی و توزیع آرایه
نانوسیم‌ها یی که روی زیر لایه قرار می‌گیرند ونیز بهبود طرح الکترودهای
روی آنها، الکتریسیته بیشتری را تولید نمایند. بعلاوه آنها در نظر دارند تا
به منظور امکان استفاده عملی از این مولدها ولتاژ خروجی را به ۰٫ ۵ ولت
برسانند و در ضمن با بهبود بسته بندی نانو مولدها با زدهی را هم افزایش
داده و در نهایت در فرکانس پائین برق تولید نمایند.