Maryland Üniversitesi‘ndeki mühendisler; biyolojik olarak uyumlu ve vücudun kullandığı elektrik enerjisini üreten yeni bir batarya keşfettiler.
Sıradan pillerde, iletilen elektrik enerjisi veya akım, hareketli elektron biçimindedir. Akünün bu elektron akışı, pozitif iyonları akünün bir ucundan diğerine doğru hareket ettirerek üretilir. Yeni batarya ise bu durumun tersini yapar. Elektronları, iyonların akışı olarak enerjiyi iletmek için cihazın etrafında hareket ettirir. İnsan vücudundaki ve diğer canlılardaki elektrik enerjisi iyon akımı vasıtasıyla oluşur.
Bataryayı geliştiren grubun başkanı Liangbing Hu, “Hedefim; iyonik sistemlerin insan sistemleri ile etkileşime girmesiydi.
Dolayısıyla bir pilin tersini tasarladım. Tipik bir pilde, elektronlar elektronik arabirimi için teller vasıtasıyla akar. İyonlar da pil ayırıcıya akar. Ters tasarımımızda, geleneksel bir pil elektronik olarak kısa devre yapıyor. (Elektronlar metal tellerden akıyor) Sonra iyonlar dıştaki iyonik kablolar yoluyla akıyor. Bu durumda, iyonik kablo içindeki iyonlar, anlı sistemler ile arayüz oluşturabiliyor. “
Diyabet, Sindirim ve Böbrek Hastalıkları Enstitüsü (NIDDK) Bilim İnsanı Jianhua Zhang, “Potansiyel uygulamalar; Alzheimer hastalığı ve depresyon gibi tıbbi problemleri önleyebilen ve / veya tedavi edebilen etkileşimleri ve nöronal aktiviteleri mikro-manipüle etmek için gelecek nesil cihazların geliştirilmesini sağlayabilir.”
Yeni pilin canlı hücrelere akım gönderip, gönderemediğini test etmek için biyolojik deneyler yapan Zhang “Akü, kanserler ve diğer tıbbi hastalıkları daha kesin bir şekilde tedavi etmenin bir yoludur. Hem araştırma hem de klinik ortamda engellilere yönelik tıbbi cihazlar veya daha etkili ilaç ve gen dağıtım araçlarını geliştirmek için kullanılabilir. Gelecekte, bu buluşun doğrudan makine ve insan iletişimi imkânı kurmaya yardımcı olabileceğini umuyoruz” şeklinde belirtti.
Pilin başka bir olağandışı özelliği daha var: Enerjisini depolamak için “çim” kullanıyor.
Ekip bataryayı yapmak için, Kentucky bluegrass bıçaklarını lityum tuzu çözeltisi içinde ıslattı. Bir zamanlar besin maddesini çim bıçağında yukarı ve aşağı hareket ettirmeye yarayan kanallar, bu iş için ideal kanallardı.
Pil iki cam tüp gibidir ve üst kısımlarında ince bir metal telle birbirine bağlanmış bir bıçak ağacı bulunur. Tel; depolanan enerji yavaş yavaş deşarj olurken, elektronların akünün bir ucundan diğer ucuna geçebileceği yerdir. Her bir cam borunun diğer ucunda iyonik akımın geçtiği bir metal ucu bulunur.
Ortada mavi boyalı bakır iyonlarıyla dolu lityum batırılmış pamuklu bir ipin ucuna, akünün uçlarına dokundurularak iyonik akımın geçebildiği bu şekilde kanıtlanmış oluyor. İyonik akıma uyan bakır, tıpkı araştırmacıların tahmin ettiği gibi, dize boyunca negatif yüklü kutba doğru ilerliyor.
Ekip kaslardaki kalsiyum kanallarının örneğini ve beyindeki sinirsel boşlukları bu şekilde açıklıyor: Kalsiyum iyonları her ikisinde de hareket ediyor.
Aslında vücut iyon akımı, sistemlerinin karmaşık bir ağıdır, bazen de her organ sisteminde elektrik alanları oluşturmak için farklı iyonlar kullanılır.
Canlı hücreler iyonik bir akım üzerinde çalıştıklarından, bilim adamları daha önce bir elektronik akımın bir iyonik akıma nasıl yayıldığını anlamaya çalıştılar. Sorun, elektronik sistemler ve iyonik sistemler arasındaki boşluğu atlamak için elektronik akımın belli bir voltaja ulaşması gerektiğidir. Ancak canlı sistemlerin iyonik akışı çok düşük voltajda akar. Dolayısıyla, elektronik kaynaklı akım; beyin veya kas çalıştırmak için çok yüksek olurdu. Bununla birlikte, iyonik akım, prizden geçer gibi kolayca sağlanır ve herhangi bir voltajda çalıştırılabilir.
UMD bilim adamlarının doğal malzemeleri, yeni kullanımlarda test ettikleri ilk durum değil. Hu ve Ekibi piller için selüloz, bitki malzemeleri, ahşaptan pil, bir süper kondansatör ve bir yapraktan pil üretmeye çalıştılar.
Maryland Üniversitesi Mühendisliği Bölümü Yüksek Lisans Öğrencisi Chengwei Wang, “İyi bir iyonik kablo elde etmek için iletkenliğin yüksek olması gerekirken, mekanik özellik güçlü olmalı. Ayrıca iyi bir mekanik mukavemet ve iyonik iletkenliğe sahip olan tuz çözeltisi ile ıslatılmış pamuklu dizeyi de denedik. Bununla birlikte, tuz çözeltisini telin dışında bıraktık. Çünkü tuz çözeltisi kolayca buharlaşır. Çimdeki mikro kanallar, tuz çözeltisini tutabilir ve onları dengeli bir iyonik iletken haline getirir. “
Pillerini canlı hücrelerde test etmek için, araştırmacılar NIDDK Dr. Zhang ile birlikte çalıştılar. Zhang pilin iyonik akım yayıcı uçlarının uyarıldığında flüoresan ışığı üreten bir hücre kültürü içine soktu. 30 dakika sonra, kültürdeki tüm hücrelerin aydınlanması; iyonik akıma başarıyla nüfuz ettiğini gösterir.
Ekip üretebilecekleri iyonik akım elektron pillerini daha fazla çeşitlendirmeyi planlıyor.
Wang, “Selüloz, hidrojel ve polimerler ile çoklu iyonik iletkenler geliştiriyoruz.”
