Giyilebilir Biyoyakıt Cihazı; Terden Elektrik Üretildi

Giyilebilir biyoyakıt, giyilebilir teknolojiler arasında yenilenebilir enerji kaynağı olarak dikkat çeken alanlardan. Tokyo’dan bilim insanları, giyilebilir teknolojiye yeni bir soluk daha getirdi ve terde bulunan laktat (laktik asitten) ile elektrik üretiminin mümkün olduğunu gösterdi. Malzeme bilimciler giyilebilir cihazlar için birçok türde esnek devre ve elektrot geliştiriyor ancak yine de giyilebilir biyosensörler için uygun güç kaynaklarının keşfedilmesi oldukça zorluyor. Örneğin, kol saatlerindeki ve cep hesap makinelerindekiler gibi geleneksel düğme pilleri çok kalın ve hacimliyken, daha ince piller kapasite ve hatta güvenlik sorunları oluşturabilir. Bu sebeple bilim insanları giyilebilir cihazlar için hem maliyet, hem boyut hem de kapasite ve güvenlik açısından en uygun güç kaynağını araştırmayı sürdürüyor. Sağlık izleme için giyilebilir elektronik cihazlar ve biyosensörler oldukça faydalıdır ancak uygun güç (batarya) kaynakları bulmak bilim insanlarının sınırlarını zorluyor. Son olarak Tokyo’da farklı kurumlarda çalışan bir araştırma ekibi, yalnızca kullanıcının terindeki laktik asitten elektrik gücü üreten giyilebilir bir biyoyakıt hücre dizisini başarıyla geliştirdi. Giyilebilir biyoyakıt üretiminde önemli bir adım olan bu yeni çalışma, sadece vücut sıvısıyla çalışan elektronik sağlık izlemesine kapıları açtı.

Kola Takılan Kağıt Bir Bandaj ile Terden Biyoyakıt Üretiliyor

Teknoloji geliştikçe elektronik cihazlar gittikçe küçülüyor. Artık cep boyutundaki akıllı telefonlar ve çok sayıda kablosuz bağlantı seçeneğiyle birlikte, hızla gelişen yeni bir araç türü daha var; giyilebilir biyosensörler. Bu küçük cihazlar ile genellikle, belirli biyo-sinyalleri ölçmek için doğrudan cilde takılması ve ölçümleri akıllı telefonlara veya bilgisayarlara kablosuz olarak göndererek kullanıcının sağlığını takip etmesi amaçlanıyor. Japonya Tokyo Bilim Üniversitesinden Doçent Dr. Isao Shitanda liderliğindeki bilim insanları, giyilebilir biyoyakıt kaynağı olarak yalnızca ter kullanmanın verimli yollarını araştırıyor. Journal of Power Sources'de yayımlanan çalışmada ekip, terdeki bir kimyasal olan laktik asiti kullanan bir biyoyakıt hücre dizisi tasarımı sundu. Çalışma, Dr. Isao Shitanda, Tsukuba Üniversitesinden Dr. Seiya Tsujimura, RIKEN'den Dr. Tsutomu Mikawa ve Yamagata Üniversitesinden Dr. Hiroyuki Matsui tarafından yapıldı. Yeni biyoyakıt hücre dizisi, kola takılabilen bir kağıt bandaja benziyor. Aslında, üzerine birden fazla biyoyakıt hücresinin seri ve paralel olarak yerleştirildiği su geçirmez bir kağıt substrattan oluşmakta; hücre sayısı, gereken çıkış voltajına ve güce bağlı. Her hücrede, laktik asit ve elektrotlarda bulunan bir enzim arasındaki elektrokimyasal reaksiyonlar, iletken bir karbon hamurundan yapılmış genel bir akım toplayıcısına akan bir elektrik akımı üretiyor.

Laktik Asit Bazlı İlk Giyilebilir Biyoyakıt Cihazı Değil

Japon bilim insanlarının geliştirdiği bu giyilebilir biyoyakıt çalışması, laktik asit bazlı ilk biyoyakıt cihazı değil ancak bazı önemli farklılıklar, bu yeni tasarımın mevcut laktik asit bazlı biyoyakıt hücrelerinden farkını ortaya koyuyor. Birinci olarak, cihaz, uygun maliyetli seri üretim için uygun bir teknik olan serigrafi (ekran) baskı yoluyla imal ediliyor. Daha önceki benzer çalışmalarda iletkenlik için gümüş teller kullanılırken, bu çalışmada, gözenekli karbon mürekkebi kullanıldı. Bir diğer fayda, laktik asitin hücrelere gönderilme şeklinde. Kâğıt tabakalar, teri toplamak ve teri kılcal etki yoluyla eş zamanlı olarak tüm hücrelere taşımak için kullanılıyor. Bu, suyun bir su birikintisi ile temas ettiğinde bir peçeteden hızla geçmesiyle aynı etkiye sahip. Dr. Shitanda, bu avantajların, biyoyakıt hücre dizilerinin elektronik devrelere güç verme konusunda eşi görülmemiş bir yetenek sergilemesini sağladığını belirtiyor. Dr. Shitanda, “Deneylerimizde, kağıt bazlı biyoyakıt hücrelerimiz 3,66 V'luk bir voltaj ve 4,3 mW'lık bir çıkış gücü üretti. Bildiğimiz kadarıyla, bu güç daha önce bildirilen laktat biyoyakıt hücrelerinden önemli ölçüde daha yüksek.” dedi.

Cihaz İnsan Teri ile 1,5 Saat Çalıştı

Bilim insanları, tasarımın giyilebilir biyosensörler ve genel elektronik cihazlarda uygulanabilirliğini göstermek için, kendi kendine çalışan bir laktik asit biyosensör üretti; bu, yalnızca laktik asit kullanarak kendi kendine güç sağlamakla ve terdeki laktik asit konsantrasyonunu ölçmekle kalmayıp aynı zamanda ölçülen değerleri gerçek zamanlı olarak bir akıllı telefona düşük güçlü bir Bluetooth aracılığıyla iletebilme yeteneğine de sahip. Dr. Shitanda'nın da öncülük ettiği daha eski bir çalışmada, laktik asitin kullanımının önemine değinilmişti; laktik asit, sporcuların eğitimi ve rehabilitasyon hastalarının eğitimi ile ilgili gerçek zamanlı fiziksel egzersiz yoğunluğunu yansıtan önemli bir biyobelirteç olarak karşımıza çıkıyor. Ayrıca çalışma, önerilen biyoyakıt hücre dizilerinin yalnızca giyilebilir laktik asit biyosensörlere değil, aynı zamanda diğer giyilebilir elektronik cihazlara da güç sağlayabileceğini ortaya koyuyor. Dr. Shitanda, biyoyakıt hücrelerinin kullanımına ilişkin son olarak, “Bir damla yapay ter ve biyoyakıt hücrelerimizi kullanarak ticari olarak satılan bir aktivite ölçüm cihazını 1,5 saat çalıştırmayı başardık ve bunların akıllı saatler ve diğer sıradan taşınabilir cihazlar gibi her türlü cihaza güç sağlayabileceğini umuyoruz.” dedi. Kaynak; Science Daily https://www.sciencedaily.com/releases/2021/04/210413114055.htm Makale;  Journal of Power Sources https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0378775321000811?via%3Dihub