Pin siêu nhỏ: chìa khóa của các ứng dụng sinh y học cấy ghép có tính cách mạng
Cấu phần chính của hệ thống cấy ghép là một pin siêu nhỏ, kích thước chỉ bằng 1/100 của pin AA tiêu chuẩn, tuy nhiên có công suất ngang bằng. Một thành công đáng kể của các nhà thiết kế pin này làkéo dài được tuổi thọ của pin, là một yêu cầu thiết yếu trong các ứng dụng sinh y học và cũng có thể cho các ứng dụng không thuộc ngành y tế xuất hiện trong những năm tới.Trong xuất bản phẩm Frontier 2004 của Argonne, Hisashi Tsukamoto, Giám đốc Điều hành Hãng Quallion cho biết, pin do Hãng Quallion thiết kế và chế tạo là loại pin xạc, hình trụ, nhỏ nhất từ trước đếnnay. Pin cung cấp nguồn điện lâu dài, tạo thuận lợi khắc phục một trong các trở ngại cơ bản của các thiết bị vi điện tử dùng trong y học. Các loại pin dùng cho mục đích này trước đây to hơn, tuổi thọngắn hơn và không xạc được. Hậu quả là chỉ có ít thiết bị cấy ghép, như máy tạo nhịp tim mới được phát triển để sử dụng cho bệnh nhân.
Đột phá chủ chốt ở loại pin mới này là bản chất hóa học ion liti của pin dẫn đến tuổi thọ cao hơn nhiều so với pin liti sẵn có hiện nay. Đột phá này là kết quả tận dụng ưu thế kinh nghiệm của Argonnetrong lĩnh vực phát triển hóa học pin tiên tiến dẫn đến tuổi thọ cao, như là một bộ phận của Văn phòng Công nghệ về Xe và FreedomCAR của Bộ Năng lượng Mỹ, nhằm phát triển pin tiên tiến dùng cho xeđiện lai. Pin mới được chế tạo là một phần trong nghiên cứu chung với nhóm nghiên cứu về silicon hữu cơ của Giáo sư Robert West thuộc trường Đại học Wisconsin.
Các chất điện phân polyme
Các nhà nghiên cứu trên đã cộng tác với Hãng Quallion phát triển một loại chất điện phân polyme "được chế tạo từ các mạch silicon-oxy, có độ dẫn điện tốt và rất an toàn". Tiến sĩ Khalil Amine củaArgonne, là nhà đồng phát minh loại pin mới, cho biết, vật liệu này có độ dẫn điện cao nhất từ trước đến nay trong tất cả các chất điện phân polyme và không dễ bị cháy. Đây là chuyên ngành hóa họcpin hàng đầu, cho phép chế tạo pin rất nhỏ, tuổi thọ cao, phù hợp với các thiết bị y tế.
Tiến sĩ Amine và các nhóm nghiên cứu khác đang tiếp tục nghiên cứu nâng cao công năng của pin hiện nay để đạt tới loại pin nhỏ thế hệ mới sử dụng chất điện phân polyme. Mục tiêu là đạt tuổi thọ caođến 10 năm hoặc lâu hơn nữa. Tài trợ cho chương trình nghiên cứu gồm có kinh phí của Viện Công nghệ và Tiêu chuẩn Quốc gia.
Các nơron phỏng sinh học
Hợp tác với Hãng Advanced Bionics Corp., các nhà phát triển pin đã hỗ trợ chế tạo thiết bị gọi là "Nơron phỏng sinh học" hoặc Bion (Bionic Neurons), hiện đang ở giai đoạn thử nghiệm tính khả thi.Bion được cấu tạo từ ba cấu phần tích hợp:
+ Pin, hoạt động ở nhiệt độ cơ thể bình thường;
+ Bộ vi kích thích tiên tiến do Hãng Advanced Bionics chế tạo;
+ Hệ thống điều khiển, dùng để quản lý tái lập trình và xạc pin từ xa.
Toàn bộ hệ thống bion cấy ghép có kích thước bằng 1/35 của pin AA tiêu chuẩn và có thể cấy ghép bằng phương pháp can thiệp tối thiểu. Các thiết bị dùng để chữa trị các chứng suy yếu cơ, như mất chủđộng tiểu tiện, có nhu cầu sử dụng pin lớn.
Khi sử dụng, các bion được cấy ghép gần dây thần kinh, ở đó chúng phát ra vi xung diện, kích thích các cơ và dây thần kinh liền kề. Cường độ và tần suất xung kích thích có thể được lập trình từ ngoàicơ thể và pin rất nhỏ có thể xạc không dây bằng cách dùng điện trường. Nhóm nghiên cứu cho biết, các thử nghiệm tính khả thi chữa trị chứng mất chủ động tiểu tiện trên bệnh nhân cho đến nay tỏ ra cókết quả hứa hẹn.
Theo Argonne, chuyên ngành hóa học pin của Hãng đã "có sẵn để cấp lixăng trong một số lĩnh vực sử dụng chọn lọc".
Nguồn: Technology Forecasts, 7/2004
