Cùng với sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ y tế, việc cấy ghép các thiết bị hỗ trợ điều chỉnh chức năng cơ thể ngày càng trở nên phổ biến. Theo đó, máy tạo nhịp tim giúp duy trì nhịp tim ổn định, trong khi máy kích thích thần kinh có thể giúp giảm đau mãn tính. Tất cả những thiết bị này đều cần một nguồn năng lượng từ bên ngoài, thường được cung cấp bởi các cục pin nhỏ nhưng có hiệu suất mạnh mẽ.

Các cục pin này có thể phục vụ bệnh nhân trong nhiều năm, nhưng chúng cũng sẽ cạn kiệt năng lượng và toàn bộ thiết bị cấy ghép phải được thay thế. Điều này đòi hỏi bệnh nhân phải trải qua một cuộc phẫu thuật xâm lấn khác.

Vì vậy, các nhà nghiên cứu đang tìm cách sạc lại những cục pin này mà không cần dây hoặc cung cấp năng lượng cho chúng thông qua các chuyển động cơ thể khác nhau.

Các nhà nghiên cứu ở Trung Quốc đã tiến xa hơn một bước và lấy cảm hứng từ chính sự sống, cũng như cách nó tự duy trì bằng oxy.

Pin năng lượng oxy

Theo đó, các nhà nghiên cứu tại Đại học Công nghệ Thiên Tân, Trung Quốc đã chế tạo một loại pin mới với thiết kế bao gồm các điện cực được làm từ hợp kim gốc natri và vàng nano với hàng nghìn lỗ cực nhỏ.

Vàng được sử dụng trong thiết kế này vì nó là chất dẫn điện tốt và tương thích với các hệ thống sống. Natri, một nguyên tố thiết yếu trong cơ thể con người, cũng được sử dụng.

Các điện cực này phản ứng với oxy trong cơ thể và tạo ra điện áp. Để kiểm tra hiệu quả của thiết bị, nhóm nghiên cứu đã đặt một cục pin dưới da chuột trong phòng thí nghiệm. Trước khi cấy ghép, pin được bọc trong một màng polyme xốp để cho phép các phân tử đi qua và bảo vệ cấu trúc pin.

Theo Giáo sư Xizheng Liu, chuyên gia về vật liệu và thiết bị năng lượng tại Đại học Công nghệ Thiên Tân: “Oxy là nguồn sống của con người. Nếu có thể tận dụng nguồn cung cấp oxy liên tục trong cơ thể, tuổi thọ của pin sẽ không bị giới hạn bởi các vật liệu hữu hạn như các loại pin thông thường”.

Hai tuần sau khi cấy ghép, hiệu suất pin được đo và thấy ổn định trong khoảng 1,3 đến 1,4 V. Mật độ năng lượng tối đa là 2,6 µW/cm2. Mặc dù mức năng lượng này vẫn chưa đủ để cung cấp năng lượng cho các thiết bị y tế, nhưng đây là một bằng chứng giá trị mà các nhà nghiên cứu có thể phát triển thêm.

Phản ứng cơ thể

Ngoài khả năng cung cấp năng lượng, các nhà nghiên cứu cũng quan tâm phản ứng của cơ thể với pin được cấy ghép. Theo nhóm nghiên cứu, không có phản ứng viêm nào xảy ra xung quanh vị trí cấy ghép và chức năng trao đổi chất vẫn duy trì ổn định.

Thiết bị khi được cấy ghép không gây ra phản ứng viêm và không ảnh hưởng đến chức năng trao đổi chất của cơ thể. Sản phẩm phụ của quá trình hoạt động của pin là các phân tử hydro peroxide và các ion natri và hydroxit, những chất này có thể dễ dàng được chuyển hóa qua thận và gan.

Khi vị trí cấy ghép lành lại, các mạch máu xung quanh pin có thể tái tạo và cung cấp oxy cho pin, giúp pin hoạt động ổn định hơn.

Nhìn về tương lai, nhóm nghiên cứu đang tìm kiếm các vật liệu mới cho điện cực có thể giúp tối ưu hóa thiết kế pin và giúp sản xuất hàng loạt hiệu quả hơn về mặt chi phí.

Giáo sư Liu chia sẻ: “Bởi vì các tế bào khối u rất nhạy cảm với nồng độ oxy nên việc cấy pin tiêu thụ oxy này xung quanh nó có thể giúp tiêu diệt tế bào ung thư, cũng có thể chuyển đổi năng lượng pin thành nhiệt để tiêu diệt tế bào ung thư”.

 Đức Anh Nguyễn