ایمپلنت های بیوالکترونیکی نور محور  بدون باطری :

با استفاده از مزایایی که فناوری نانو در اختیار انسان قرار داده است ، بیوالکترونیک حوزه ی تحقیقاتی در حال رشدی است که در رابطه با همگرایی زیست شناسی و الکترونیک می باشد.کاربردهای این حوزه استفاده از مواد بیولوژیکی و فرآیندها در الکترونیک وهمچنین کاربرد دستگاههای الکترونیکی در سیستم های زنده است .در این میان، دستگاههای بیوالکترونیک قابل کشت بی سیم که توسط محرکهای متفاوتی نیرو میگرد ، تکانه های الکتریکی را به دقت زیر و بم مدارهای عصبی بدن فراهم می کند .اگرچه نیروبخشی بی سیم و دستکاری از راه دور  به یک چالش بزرگ برای استفاده کاربردی از این دستگاهها تبدیل شده است اما این دستگاهها در ایمپلنت های شبکیه و حلزون ، محرک های عمیق مغزی برای صرع و بیماری پارکینسون ، ضربان ساز قلب و رابط مغز و ماشین مورد استفاده قرار میگیرد .

محققان در چین برای تامین انرژی ایمپلنت های بی سیم خارج از بدن یک دستگاه نیروبخشی نورمحور را پیشنهاد کرده اند که از اشعه مادون قرمز نزدیک (NIR) استفاده می کند. برانگیزش نوری  که توسط دستگاه جذب می شود ،باعث نوسان درجه حرارت گردیده و در نهایت ایجاد پالسهای جریان/ولتاژی را می کند که می تواند برای شارژ باطری و یا محرکهای بیولوژیکی مورد استفاده قرار گیرد . پروفسور لیو Hongzhong و دکتر Weitao جیانگ، از آزمایشگاه های کلیدی مهندسی سیستمهای ساخت وتولید در دانشگاه شیان اینگونه توضیح می دهند:" در مقایسه با سیستم های حمل و نقل بی سیم توسط تزویج الکترومغناطیسی، اشعه ی مادون قرمز نزدیک با طول موج 760 تا 1500 نانومتر،یک نیروی بی سیم جایگزین را فراهم میکند که می تواند به بافتهای بدن تا عمق 4 تا 10 سانتی متر نفوذ نماید . "

این تیم یافته های خود را در 29 اکتبر 2015 در نسخه ی آنلاین مجله ی مواد و ابزار کاربردی پیشرفته(Advanced Functional Materials)  منتشر کردند.

تیم لیو با الهام از اثر گرمانوری اشعه مادون قرمز در کاربردهای زیست پزشکی ، یک  دستگاه قابل کشت بدون باطری قابل کنترل از راه دور/ بی سیم را ساختند.

دکتر جیانگ می گوید: چیزی که ما را برای ساخت چنین دستگاهی تحریک کرد ،  ایجاد یک منبع تغذیه مینیاتوری و کوچک بدون نیاز به باتری بود که برای استفاده در بیوالکترونیک بسیار مطلوب می باشد . علاوه بر این،برای اینکه دستگاههای بیوالکترونیکی بتواند در بدن کار کند ،انعظاف پذیری و قابل کنترل بودن آن چالش بسیار بزرگی به شمار می آید . دستگاه انعطاف پذیر و جمع و جور ما هنگامی که از راه دور تحت تابش اشعه ی مادون قرمز نزدیک قرار می گیرد، می تواند پالس های الکتریکی با دامنه و عرض قابل کنترل تولید کند. این کار نه تنها می تواند منبع قدرت برای دستگاهایی بیوالکترونیکی قابل کشت باشد بلکه پالسهای الکتریکی قابل تنظیمی را برای تحریک عصبی فراهم میکند.در تحریک عصبی، تنظیم کردن تکانه هایی که از طریق عصب های تحریک شده عبور می کند بسیار مهم است . "

دانشمندان اشاره می کنند که در مقابل سیستم های تامین قدرت بی سیم بر پایه ی  تزویج الکترومغناطیس ، سیستم مبنی بر اشعه ی مادون قرمز نزدیک  نه تنها می تواند انرژی میدان دور را تشخیص دهد بلکه می تواند به عنوان یک سیستم عاری از فلز ساخته شود که این خود بزرگترین مزیت برای کاربرد  in vivo  است .این سیستم تامین انرژی بی سیم ، PVDF ( یک پلیمر تخصصی از خانواده ی فلورو پلمیرها) را به عنوان یک ماده ی پیروالکتریکی فعال با گرافن به عنوان ماده الکترود ترکیب می کند. دکتر جیانگ می گوید:" PVDF دارای  ویژگیهایی همچون سبک بودن، انعطاف پذیری مکانیکی و زیست سازگاری است که برای دستگاههای قابل کشت و یا پوشیدنی بسیار جالب و شگفت انگیز است .گرافن نیز  به خاطر رسانش گرمایی و الکتریکی عالی  ، انعطاف پذیری بالا و مساحت سطحی بالا  توجه  بیشتر افراد را به خود جلب کرده است . در حالیکه گرافن ذاتا در منطقه ی مادون قرمز جذب کمی دارد ، می تواند شفافیت 97.7 درصدی در طول موج مرئی و حتی بیشتر را در مادون قرمز داشته باشد ."

هر سلول در دستگاه تامین قدرت قابل کشت این تیم از یک ساندویچ گرافن- PVDF –گرافن  چندلایه تشکیل شده است که از شفافیت بالای گرافن و جذب بسیار بالای فیلمهای نازک PVDF بهره می گیرد. اینکار می تواند خواص الکتریکی آن را بهبود ببخشد و دمای دستگاه را کاهش دهد تا آسیبی به بافتهای انسان وارد نگردد.

برای نشان دادن استفاده عملی از دستگاه، این محققان دستگاه تولید انرژی قابل کشت خود را به عنوان یک محرک برای تحریک الکتریکی کاربردی زمان واقعی یک عصب سیاتیک در یک  قورباغه و قلب موش صحرایی قرار دادند.

علاوه بر ضربان ساز و تحریک عصبی ، فعال ساز الکتریکی مستقیم  به طور گسترده ای برای بهبود عملکرد سلول های عصبی استفاده می شود.

منبع: http://www.nanowerk.com/spotlight/spotid=41787.php