Bilim insanları kendi gücüyle çalışan bir kalp monitörü görevi görecek, kullanımı kolay, çok esnek ve güneş ışığından güç alan bir organik sensör (alıcı) geliştirdiler. Daha önce kumaşlara uygulanabilen esnek bir fotovoltaik pil geliştirmişlerdi. Bu çalışmada ise organik elektrokimyasal transistör (çeşitli biyolojik fonksiyonları ölçmede kullanılan elektronik bir alet) olarak adlandırılan algılayıcı aygıtı doğrudan esnek bir organik güneş pilinin içine yerleştirdiler. Böylece fare ve insan kalp atışlarını parlak ışık koşulları altında ölçebildiler.
Kendi gücüyle çalışan ve doğrudan insan cildine veya dokusuna yerleştirilebilen aygıtlar, tıbbi uygulamalar için büyük bir potansiyele sahiptir. Örneğin insan bedenindeki kalp ve beyin fonksiyonlarının gerçek zamanlı izlenmesinde fizyolojik sensör olarak kullanılabilir. Ancak uygulamaya geçirilmesi, bataryaların büyüklüğü ve yetersiz güç kaynağı veya elektrik kaynağının yol açtığı gürültü paraziti nedeniyle uygunluk ve uzun süreli çalışma açısından kullanışsız bulunmuştur.
Bu tip aygıtlar için temel özellik, yeterli ve sabit bir enerji kaynağıdır. Nature’da yayınlanan bu çalışmanın getirdiği esas yenilik de güneş pillerinde nanometrik ızgaralara sahip ışık emici yüzeylerin kullanımıdır, böylece ışık dönüşüm verimliliği (PCE: photo-conversion efficiency) artar ve ışığın geliş açısı önemli bir faktör olmaktan çıkar. Bu kullanım sayesinde araştırmacılar %15’lik bir PCE ve 11,46 vat/gram gibi yüksek bir ağırlık başına düşen güç oranı elde edebildiler ve organik fotovoltaik aygıtların silikon bazlı muadilleriyle rekabet etmesini sağlayacak “sihirli” %15 rakamına yaklaştılar. Tekrarlı sıkıştırma testleri (900 çevrim) sonucunda PCE değerinde sadece %25’lik bir düşüş (%9,82’den %7,33’e) ve 60 derecelik ışık giriş açısı koşulu altında ızgarasız aygıtlara kıyasla %45 gibi yüksek bir PCE artışı sağladılar.
Parmağa bantlanmış esnek kalp monitörü
Pratik bir uygulamayı göstermek amacıyla, organik elektrokimyasal transistör olarak adlandırılan algılayıcı aygıt, organik güneş piliyle birlikte çok ince (1 µm) bir alttaş (substrate) üzerine yerleştirildi, böylece cilt üzerinden kalp atışlarının kendi gücüyle algılanması veya doğrudan fare kalbi üzerinden elektrokardiyografik sinyallerin kaydedilmesi sağlandı. Araştırmacılar aygıtın 10.000 lükslük bir aydınlatma seviyesinde gayet iyi çalıştığını buldular, bu seviye güneşli bir günde gölgeli bir alanda gözlenen ışıkla eşdeğerdir. Aynı zamanda bu düzenekte, benzer ama bataryalı aygıtlardan daha az gürültü olduğunu -muhtemelen elektrik kablosu olmaması nedeniyle- tespit ettiler.
RIKEN Yeni Malzeme Bilimleri Merkezi’nden Kenjiro Fukuda’ya göre, “Bu, insan dokusu üzerine yerleştirilebilecek ve kendi gücüyle çalışan tıbbi izleme aygıtlarının yapımı arayışında ileriye doğru atılmış güzel bir adımdır. Esnek güç depolama aygıtlarının geliştirilmesi gibi hâlâ yapılması gereken önemli işler vardır, biz de pratik aygıtların üretilmesi için diğer ekiplerle birlikte çalışmaya devam edeceğiz. Büyük önem taşıdığı için öncelikle mevcut deneyleri aygıtımıza güç sağlayan ve ölçümleri gerçekleştiren analog kısım üzerinde yaptık. Ayrıca veri iletimini sağlamak için dijital bir silikon temelli kısım var, bu alanda da daha fazla çalışma yapılması bu tür aygıtların uygulamaya konmasında yardımcı olacaktır.”
Bu araştırma, Tokyo Üniversitesi’nden araştırmacıların işbirliğiyle RIKEN tarafından yürütülmektedir.
Çeviri: Şule Ölez
Kaynak: https://itaintmagic.riken.jp/hot-off-the-press/self-powered-flexible-heart-monitor/