Los Angeles Kaliforniya Üniversitesi UCLA ve Connecticut Üniversitesinden araştırmacılar, insan vücudundaki sıvılarda bulunan yüklü parçacıkları veya iyonları kullanarak çalışan biyolojik süper kapasitör adlı yeni bir canlı dostu enerji depolama sistemi tasarladılar.
UCLA ekibine kimya, biyokimya ve malzeme bilimleri ve mühendislik alanlarında seçkin bir profesör olan Richard Kaner ve Connecticut araştırmacılarına da kimya ve hücre biyolojisi profesörü James Rusling başkanlık etti. Tasarımlarıyla ilgili bir yazı Advanced Energy Materials dergisinde yayınlandı.
Vücutta Enerji Üretmek
Süper kapasitör, vücutta akan elektrolitlerle (örneğin kan ve idrarla) elektrik enerjisi kazanıyor ve vücudun ısısını ve hareketi elektriğe dönüştüren bir enerji toplayıcı ile birlikte çalışıyor. Süper kapasitör vücuttaki bu kinetikleri kullanan harvester adlı bir cihazdan oluşuyor. Elektrotlar gibi harvester de grafen adı verilen, üst üste dizilmiş insan proteinlerinden oluşan karbon nanomalzemeyi kullanıyor. Elektronlar insan bedeninden topladıkları enerjiyi harvestere aktarıyor. Enerji burada daha sonra kullanılmak üzere depolanıyor.
Modern kalp pili yaklaşık 6-8 milimetre kalınlığında ve yaklaşık 50 cent kadar bir bozuk para ile aynı çaptadır. Bu alanın yarısı genelde pil tarafından işgal edilir. Yeni süper kapasitör sadece 1 mikrometre kalınlığında yani insan saçının kalınlığından çok daha küçüktür. Bu da implantatif cihazların enerji verimliliğini artırabilir. Ayrıca, uzun süre performansını koruyabilir, mekanik bir hasar olmadan bükülebilir ve halihazırda kalp pillerinde kullanılan benzer boyuttaki enerji lityum film pillerinden daha fazla şarj depolayabilir.
Kalp pilleri ve diğer implante edilebilir cihazlar sayısız hayatı kurtarmıştır. Fakat sonunda cihazların pilleri tükeniyor, pillerin değiştirilmesi için başka bir acılı ameliyat gerekiyor ve bunu enfeksiyon riski takip ediyor. Buna ek olarak, piller, sızıntı yaparsa hastayı tehlikeye atabilecek toksik materyalleri de içeriyor.
Yeni canlı dostu süper kapasitörler sıradan pillere göre çok daha yüksek güç yoğunluğunda enerji depolayabiliyor ve daha hızlı şarj-deşarj oranları bulunuyor. Ayrıca canlı dostu malzemeler vücudun biyolojik sistemlerine zarar vermiyor ve diğer piller gibi zehirli değiller.
UCLA doktora sonrası araştırmacı ve araştırmanın yazarından biri olan Maher El-Kady, “Enerji toplayıcılarını süper kapasitörlerle kombine etmek, yaşam boyu yerleştirilebilir cihazlar için sonsuz güç sağlayabilir” dedi. Vücuda yerleştirilen tıbbi cihazların, bu süper kapasitörleri kullanarak ömür boyu çalışabileceği ve böylece hastaların sırf pil değişikliği için belirli aralıklarla ameliyat olması zorunluluğunun ortadan kalkacağı söyleniyor.
UCLA’nın Kaliforniya Nanosistem Enstitüsü üyesi olan Richard Kaner, Yeni biyolojik süper kapasitör kullanılarak kemik büyümesini hızlandırmak, iyileşmeyi teşvik etmek veya beyni uyarmak için yeni nesil implante edilebilir cihazlar geliştirmede kullanılabileceğini söyledi.
Şimdilik süper kapasitörler kalp pilleri ile uyumlu bir şekilde geliştirildi. Araştırmacılar yakında bu teknolojinin beyin, mide ve idrar kesesi gibi diğer organlara yerleştirilecek implantlarda da kullanılabileceğini belirtiyorlar.
