أجهزة إلكترونية طبية مدمجة فى جسم الإنسان
تعمل بطاقة سكر الجلوكوز
إن
تزويد الأجهزة الطبية التى تتم زراعتها فى جسم الإنسان بالطاقة الكهربية اللازمة
لتشغيلها حيث إن عددا منها يعمل ببطاريات الليثيوم وبطاريات الليثيوم يمكن أن تزود
بعض الأجهزة الطبية المزروعة فى جسم الإنسان كمنظمات للقلب بالطاقة الكهربية لمدة
تتراوح بين
( 5 : 8
سنوات ) ويستلزم إجراء عملية جراحية من أجل استبدال بطاريات الليثيوم فإن بعض
الأجهزة يتم تشغيلها عن طريق بطاريات يمكن إعادة شحنها إلا أن هذه الأجهزة يتم
تزويدها بالطاقة الكهربائية من خلال أسلاك تخترق جلد الجسم البشرى مما يعرض المريض
لخطر للالتهابات .
إن حلم
تشغيل الأجهزة التى تزرع فى جسم الإنسان كمنظمات لدقات القلب ومضخات الانسولين دون
استعمال البطاريات التقليدية ( بطاريات الليثيوم ) بالاستفادة من الطاقة التى يمكن
توليدها
داخل
جسم الإنسان من خلال عملية كيميائية بسيطة تعتمد على جلوكوز الدم والأكسجين كمصدر
للطاقة .
وفى
بداية ق ( 21 ) سعى فريق من العلماء لابتكار خلايا الوقود الحيوى ( Biofuel cells )
التى
يعتمد عملها على سكر جلوكوز الدم والاكسجين بحيث تكون ملائمة لجسم الإنسان وتتكون
من قطبين لا يتجاوز قطر بعضها نصف قطر قطعة النقد المعدنية من فئة ( 10 سنتات )
وسمكها أقل منها بحيث يتم تغليفها بمادة خاصة تسمح بدخول جزيئات الجلوكوز
والاكسجين إليها وتمنع فى نفس الوقت خروج الانزيمات من خلايا الجسم البشرى .
ويعتمد
مبدأ عمل الخلايا الحيوية ( خلايا وقود الجلوكوز ( GBFCs
) على نزع الالكترونات من جزيئات الجلوكوز من قبل قطبها الموجب الذى يعمل كمصعد
والالكترونات تتجه نحو القطب السالب ( المهبط ) بحيث يحدث تفاعل ما بين
الالكترونات والاكسجين وشوارد الهيدروجين لتتكون كميات قليلة جدا من الماء بوجود
بعض الانزيمات كوسائط أكسدة بحيث تكون الخلايا موجودة فى وسط سائل سواء كان الدم
أو السائل الخلالى ( Interstial
fluid ) الموجودين
فى جسم الإنسان من أجل استمرار إنتاجها للطاقة الكهربائية .
لقد
تزايد الاهتمام بخلايا الوقود الحيوى التى تزرع فى الجسم البشرى بعد التطورات
الكبيرة التى تحققت فى مجال التكنولوجيا الحيوية وتكنولوجيا النانو والتقدم
المستمر فى صناعة الأجهزة الطبية المدمجة فى جسم الإنسان التى أصبح تشغيلها يحتاج
لمقادير قليلة من الطاقة ولقد تم تصنيع خلية وقود حيوية قادرة على إنتاج الكهرباء
وقد تمت زراعتها فى حبة عنب ثم تم ابتكار خلايا وقود حيوية أخرى تعمل فى أوساط
حامضية وهذه الأوساط لا تتوافر فى جسم الإنسان .
وقد
أجريت تجربة على أحد فئران الاختبار حيث زرعت فيه خلية وقود عاملة على سكر
الجلوكوز الذى تم استخلاصه من سائله الخلالى وقد استطاعت الخلية العمل لمدة ( 11
يوم )
وولدت (
1.8 ميكروواط ) من الكهرباء الثابتة وفى تجربة أخرى على الخلايا التى تمت زراعتها
فى بطون فئران الاختبار استطاعت خلايا الوقود الحيوى توليد طاقة بمقدار
( 6.5
ميلى فولت ) وهذا المقدار من الطاقة قليل جدا إذ أن أجهزة تنظيم ضربات القلب تتطلب
نحو ( 10 ميلى فولت ) من الكهرباء لتشغيلها فإن خلايا الوقود الحيوى استطاعت إنتاج
الكهرباء لمدة ( 3 أشهر ) .
وقد شهد
تصنيع خلايا الوقود الحيوى تقدما كبيرا فى عام ( 2012 ) عندما استطاع فريق من
العلماء بناء خلية وقود حيوى على هيئة دائرة متكاملة كما فى رقائق السيلكون وكان
لها القدرة على إنتاج الكهرباء كما فى أشباه الموصلات وعن طريق استعمال سائل
النخاع الشوكى الذى يحمى الحبل الشوكى والدماغ من الصدمات حيث يحتوى السائل على
كميات مناسبة من الجلوكوز وعلى كميات قليلة من خلايا الجهاز المناعى وهذه الخلايا
المناعية تعمل على رفض الأجهزة التى تتم زراعتها فى الجسم البشرى .
وقد تم
تطوير أقطاب كهربية من البلاتين لا تتآكل ولا تثير ردود فعل تحسسية فى الجسم
البشرى فإن عملية التوافق الحيوى تبقى المشكلة الكبرى التى يواجهها العلماء فجسم
الإنسان يرفض وجود الأجسام الغريبة مما يشكل تحديا كبيرا أمام مصنعى خلايا الوقود
الحيوى وإن الاختبارات الجارية على بعض النماذج لخلايا الوقود الحيوى تبين توافقها
وعملها بشكل مناسب مع المحاليل المنظمة إلا أن عملها قد تأثر وبشكل كبير عند
تعرضها للأحماض الأمينية الموجودة فى الدم .
وحول
مزايا خلايا الوقود الحيوى تتمتع بكثير من المزايا عند مقارنتها بالبطاريات
التقليدية ومن أبرز مزاياها صغر حجمها وطول عمرها التشغيلى .
لقد
بينت التجارب المخبرية إن بعض خلايا الوقود الحيوى يمكنها أن تولد طاقة مقدارها
( 3.4
ميكروواط / 1سم مربع ) فإن منظمات ضربات القلب تحتاج ما بين 8 و 10 ميكروواط
من
الطاقة فإن خلايا الوقود الحيوى سيكون لها نفع كبير فى المستقبل لتشغيل الأجهزة
الطبية المدمجة فى جسم الإنسان كالعضلات والكلى الصناعية وإلى مضخات الأنسولين .
أمجد قاسم
ليست هناك تعليقات:
إرسال تعليق