Glucose Fuel Cell: शरीर के ग्लूकोज़ से बनेगी बिजली, इम्प्लांट को मिलेगी पावर

Glucose Fuel Cell: ग्लूकोज वह चीनी है जिसे हम अपने द्वारा खाए जाने वाले खाद्य पदार्थों से अवशोषित करते हैं। यह वह ईंधन है जो हमारे शरीर की प्रत्येक कोशिका को शक्ति प्रदान करता है। क्या ग्लूकोज भी शरीर में पेसमेकर जैसे इम्प्लांट को पावर प्रदान कर सकता है? एमआईटी और म्यूनिख के तकनीकी विश्वविद्यालय के इंजीनियर ने एक नए प्रकार का ग्लूकोज ईंधन सेल डिजाइन किया है जो ग्लूकोज को सीधे बिजली में परिवर्तित करता है।

यह उपकरण अन्य प्रस्तावित ग्लूकोज ईंधन कोशिकाओं से छोटा है, जिसकी मोटाई सिर्फ 400 नैनोमीटर है, या मानव बाल का लगभग 1/100 व्यास है। शर्करा शक्ति स्रोत लगभग 43 माइक्रोवाट प्रति वर्ग सेंटीमीटर बिजली उत्पन्न करता है, जो सामान्य परिस्थितियों में किसी भी ग्लूकोज ईंधन सेल की उच्चतम पावर डेंसिटी को प्राप्त करता है।

चिकित्सा प्रत्यारोपण में शामिल

नया उपकरण लचीला भी है, जो 600 डिग्री सेल्सियस तक तापमान का सामना करने में सक्षम है। यदि इसे एक चिकित्सा प्रत्यारोपण में शामिल किया जाता है, तो ईंधन सेल सभी प्रत्यारोपण योग्य उपकरणों के लिए आवश्यक उच्च तापमान स्टरलाइजेशन प्रक्रिया के दौरान स्थिर रह सकता है।

नए उपकरण का "दिल" यानी केंद्र सिरेमिक से बना है,जो एक ऐसी सामग्री है जो उच्च तापमान और अतिसूक्ष्म आकार होते हुये भी अपने विद्युत रासायनिक गुणों को बरकरार रखती है। शोधकर्ताओं ने कल्पना की है कि नए डिजाइन को अल्ट्राथिन फिल्मों या कोटिंग्स में बनाया जा सकता है और इम्प्लांट के चारों ओर लपेटा जा सकता है। जहां वह शरीर की प्रचुर मात्रा में ग्लूकोज आपूर्ति का उपयोग करके बिजली पैदा कर सकता है।

एमआईटी के सामग्री विज्ञान और इंजीनियरिंग विभाग के शोधकर्ता फिलिप सिमंस कहते हैं कि ग्लूकोज शरीर में हर जगह है, और हमारा विचार यह है कि इस आसानी से उपलब्ध ऊर्जा का उपयोग किया जाए और इससे इम्प्लांटेबल उपकरणों को बिजली देने का काम लिया जाए। सिमंस ने अपनी पीएचडी थीसिस के हिस्से के रूप में ये उपकरण डिजाइन व डेवलप किया है।

उन्होंने कहा कि एक इम्प्लांट के आकार का 90 प्रतिशत तक लेने वाली बैटरी का उपयोग करने के बजाय, एक पतली फिल्म के साथ एक उपकरण बना सकते हैं और आपके पास एक ऐसा शक्ति स्रोत होगा जिसमें कोई वॉल्यूम नहीं होगा। सिमंस और उनके सहयोगियों ने एडवांस्ड मैटेरियल्स पत्रिका में अपने डिजाइन का विवरण दिया है। अध्ययन के सह-लेखकों में रूप, स्टीवन शेंक, मार्को गिसेल और लोरेंज ओलब्रिच शामिल हैं।

शोधकर्ताओं को नए ईंधन सेल के लिए प्रेरणा 2016 में मिली जब सिरेमिक और इलेक्ट्रोकेमिकल उपकरणों में माहिर रूप ने अपनी गर्भावस्था के अंत में एक नियमित ग्लूकोज परीक्षण किया। रूप ने बताया कि - डॉक्टर की क्लिनिक में बैठे बैठे मैं सोच रही थी कि आप चीनी और इलेक्ट्रोकैमिस्ट्री के साथ क्या कर सकते हैं। तब मुझे एहसास हुआ कि ग्लूकोज से चलने वाला सॉलिड स्टेट डिवाइस एक अच्छा विकल्प होगा।

ग्लूकोज ईंधन सेल

ग्लूकोज ईंधन सेल की कल्पना करने वाली ये टीम कोई पहली नहीं है। ऐसे ईंधन सेल को 1960 के दशक में पेश किया गया था और ग्लूकोज की रासायनिक ऊर्जा को विद्युत ऊर्जा में परिवर्तित करने की क्षमता दिखाई गई थी। लेकिन उस समय ग्लूकोज ईंधन सेल नरम पॉलिमर पर आधारित थे और जब लिथियम-आयोडाइड बैटरी आई तो ग्लूकोज ईंधन सेल पर ध्यान देना छोड़ दिया गया। लिथियम-आयोडाइड बैटरी चिकित्सा प्रत्यारोपण के लिए मानक शक्ति स्रोत बन गई विशेष रूप से कार्डियक पेसमेकर में।

हालाँकि, बैटरियों की एक सीमा होती है कि उन्हें कितना छोटा बनाया जा सकता है, क्योंकि उनके डिज़ाइन के लिए ऊर्जा को संग्रहीत करने की भौतिक क्षमता की भी आवश्यकता होती है। रूप के अनुसार, ईंधन सेल सीधे ऊर्जा को एक डिवाइस में संग्रहीत करने के बजाय सीधे ऊर्जा में परिवर्तित करते हैं, इसलिए आपको बैटरी में ऊर्जा को स्टोर करने के लिए आवश्यक वॉल्यूम की आवश्यकता नहीं होती है।

हाल के वर्षों में, वैज्ञानिकों ने ग्लूकोज ईंधन कोशिकाओं को संभावित रूप से छोटे बिजली स्रोतों के रूप में देखा है, जो सीधे शरीर के प्रचुर मात्रा में ग्लूकोज द्वारा संचालित होते हैं।।एक ग्लूकोज ईंधन सेल के मूल डिजाइन में तीन परतें होती हैं : एक शीर्ष एनोड, एक मध्य इलेक्ट्रोलाइट और एक निचला कैथोड। एनोड शारीरिक तरल पदार्थों में ग्लूकोज के साथ प्रतिक्रिया करता है, चीनी को ग्लूकोनिक एसिड में बदल देता है। यह विद्युत रासायनिक कन्वर्जन प्रोटॉन की एक जोड़ी और इलेक्ट्रॉनों की एक जोड़ी को रिलीज़ करता है।

मध्य इलेक्ट्रोलाइट प्रोटॉन को इलेक्ट्रॉनों से अलग करने के लिए कार्य करता है, ईंधन सेल के माध्यम से प्रोटॉन का संचालन करता है, जहां वे हवा के साथ मिलकर पानी के अणु बनाते हैं। ये एक हानिरहित बाई प्रोडक्ट है जो शरीर के तरल पदार्थ के साथ बह जाता है। इस बीच, पृथक इलेक्ट्रॉन बाहरी सर्किट में प्रवाहित होते हैं, जहां उनका उपयोग इलेक्ट्रॉनिक उपकरण को बिजली देने के लिए किया जा सकता है।