طور فريق من المهندسين في جامعة طوكيو للعلوم (TUS) تقنية جديدة تمكن من تحويل العرق البشري مباشرة إلى كهرباء باستخدام خلايا وقود إنزيمية مطبوعة على الرقائق الورقية.
وتعتمد التقنية على حبر إنزيمي مائي يسمح بطباعة جميع طبقات الخلية الحيوية في خطوة واحدة، مما يبسط عملية التصنيع ويقرب أجهزة تتبع الصحة من الإنتاج الصناعي الواسع النطاق.
تحويل المواد الكيميائية في العرق إلى كهرباء دون بطاريات
تعمل هذه الخلايا المطبوعة على تحويل المواد الكيميائية الموجودة في العرق إلى كهرباء مباشرة، دون الحاجة إلى بطاريات، ما يقلل الحجم والتكلفة ويجنب مشاكل التخلص من البطاريات في أجهزة الاستخدام الواحد.
وتعتمد الخلية على إنزيمات تقوم باستخلاص الإلكترونات من اللاكتات في العرق، ثم تنقلها إلى الأكسجين في الجانب الآخر من الدائرة الكهربائية، ما يولد الطاقة اللازمة لتشغيل الحساس.
كانت عملية التصنيع التقليدية تتطلب عدة خطوات معقدة، مثل ترسيب الإنزيمات يدويًا على طبقة الكربون وتركها لتجف، ما يؤدي إلى تفاوت الأداء بين الأجهزة.
أما الطريقة الجديدة، فتدمج الإنزيمات مباشرة في الحبر القابل للطباعة، بحيث يمكن إنشاء كلا القطبين الكهربائيين (الأنود والكاثود) في خطوة واحدة، مع الحفاظ على نشاط الإنزيم وأداء الدائرة الكهربائية.
أظهرت الاختبارات المخبرية، أن هذه الخلايا تنتج تيارًا أعلى وتظل نشطة لفترة أطول مقارنة بالطبقات التقليدية، حيث بلغ أقصى إنتاج للطاقة حوالي 1,065 ميكرووات لكل بوصة مربعة، وبجهد 0.63 فولت بدون حمل.
وقد أثبت التخزين البارد تحت الفراغ عند 5 درجات مئوية قدرة الإنزيم على الاحتفاظ بنشاطه، مما يوفر إمكانية الشحن والتخزين لفترة أطول.
إمكانيات كبيرة في التطبيقات اليومية
توفر هذه التقنية إمكانيات كبيرة في التطبيقات اليومية، مثل متابعة مستويات اللاكتات خلال التمارين الرياضية دون الحاجة إلى وخز الإصبع، أو مراقبة العلامات الحيوية لدى كبار السن والمرضى للكشف المبكر عن الجفاف أو العدوى أو الإجهاد الحراري.
الخطوة التالية لتطبيق هذه التكنولوجيا هي اختبارات طويلة الأمد على الأجهزة القابلة للارتداء، وضمان استقرار القراءات عبر مختلف الأجسام والظروف، وربط البيانات لاسلكيًا لتوفير معلومات آنية للمستخدمين والأطباء.
تم نشر الدراسة في مجلة ACS Applied Engineering Materials، وتفتح الطريق نحو أجهزة صحية مبتكرة تعمل بطاقة الجسم مباشرة وبإمكانية إنتاج صناعي حقيقي.
