Energi Listrik dari Oksigen Tubuh untuk Alat Pacu Jantung

Salah satu tantangan dalam implan peralatan medis contohnya alat pacu jantung hingga neurostimulator adalah pasokan energi listrik yang tersedia terus menerus. Untuk mengatasi tantangan ini, para peneliti telah merancang baterai implan yang menggunakan oksigen dalam tubuh.

Studi ini menunjukkan bahwa pada tikus desain, pembuktian konsep dapat menghasilkan tenaga yang stabil dan kompatibel dengan sistem biologis.

Peralatan medis yang ditanam di dalam tubuh atau implan seperti alat pacu jantung hingga neurostimulator, mengandalkan baterai untuk menjaga jantung tetap berdetak dan mengurangi rasa sakit. Ketika baterai pada akhirnya akan habis, maka memerlukan operasi invasif untuk menggantinya.

Untuk mengatasi tantangan ini, para peneliti di Tiongkok merancang baterai implan yang menggunakan oksigen dalam tubuh. Dalam penelitian yang dipublikasikan pada 27 Maret di jurnal Chem, menunjukkan bahwa pada tikus desain, pembuktian konsep dapat menghasilkan tenaga yang stabil dan kompatibel dengan sistem biologis.

"Jika dipikir-pikir, oksigen adalah sumber kehidupan kita," kata penulis koresponden Xizheng Liu, yang berspesialisasi dalam bahan dan perangkat energi di Universitas Teknologi Tianjin, dikutip dari Science Daily.

"Jika kita dapat memanfaatkan pasokan oksigen secara terus-menerus dalam tubuh, masa pakai baterai tidak akan dibatasi oleh keterbatasan bahan dalam baterai konvensional," imbuh dia.

Untuk membuat baterai yang aman dan efisien, para peneliti membuat elektrodanya dari paduan berbasis natrium dan emas berpori nano. Bahan ini memiliki ukuran pori-pori ribuan kali lebih kecil dari lebar sehelai rambut.

Emas telah dikenal karena kompatibilitasnya dengan sistem kehidupan, dan natrium merupakan elemen penting dan ada di mana-mana dalam tubuh manusia. Elektroda mengalami reaksi kimia dengan oksigen dalam tubuh untuk menghasilkan listrik.

Untuk melindungi baterai, para peneliti membungkusnya dalam film polimer berpori yang lembut dan fleksibel. Mereka kemudian menanamkan baterai di bawah kulit punggung tikus dan mengukur keluaran listriknya.

Dua pekan kemudian, mereka menemukan bahwa baterai dapat menghasilkan tegangan stabil antara 1,3 V dan 1,4 V, dengan kepadatan daya maksimum 2,6 µW/cm2 atau mikro watt per sentimeter kubik. Meskipun keluarannya tidak cukup untuk memberi daya pada peralatan medis, desainnya menunjukkan bahwa memanfaatkan oksigen dalam tubuh untuk menghasilkan energi adalah mungkin.

Tim juga mengevaluasi reaksi peradangan, perubahan metabolisme, dan regenerasi jaringan di sekitar baterai. Dalam uji coba pada tikus mendapatkan hal positif, hewan ini tidak menunjukkan peradangan yang jelas.

Produk sampingan dari reaksi kimia baterai, termasuk ion natrium, ion hidroksida, dan hidrogen peroksida tingkat rendah, mudah dimetabolisme oleh tubuh dan tidak mempengaruhi ginjal dan hati. Tikus-tikus tersebut sembuh dengan baik setelah implantasi, dan rambut di punggung mereka tumbuh kembali setelah empat pekan.

Regenerasi

Yang mengejutkan para peneliti, pembuluh darah tikus yang berada di sekitar baterai juga mengalami regenerasi atau mengalami perbaikan.

"Kami bingung dengan keluaran listrik yang tidak stabil setelah implantasi," kata Liu. "Ternyata kami harus memberikan waktu pada luka tersebut untuk sembuh, agar pembuluh darah dapat beregenerasi di sekitar baterai dan menyuplai oksigen, sebelum baterai dapat menghasilkan listrik yang stabil. Ini merupakan temuan yang mengejutkan dan menarik karena berarti baterai dapat membantu memantau penyembuhan luka," imbuh dia.

Selanjutnya, tim berencana untuk meningkatkan pengiriman energi baterai dengan mengeksplorasi bahan yang lebih efisien untuk elektroda dan mengoptimalkan struktur dan desain baterai. Liu mencatat bahwa baterai mudah untuk ditingkatkan dalam produksi dan pemilihan bahan yang hemat biaya dapat semakin menurunkan harga.

Baterai tim juga dapat digunakan untuk keperluan lain selain memberi daya pada perangkat medis. "Karena sel-sel tumor sensitif terhadap tingkat oksigen, menanamkan baterai yang memakan oksigen di sekitarnya dapat membantu membuat kanker kelaparan. Energi baterai juga dapat diubah menjadi panas untuk membunuh sel-sel kanker," kata Liu. "Dari sumber energi baru hingga potensi bioterapi, prospek baterai ini sangat menarik," tutur dia.

Di masa depan tim ingin mengeksplorasi lebih banyak bahan untuk elektroda yang dapat membantu mengoptimalkan desain baterai dan membuatnya lebih hemat biaya untuk produksi massal.

"Karena sel tumor sensitif terhadap kadar oksigen, menanamkan baterai pemakan oksigen di sekitarnya dapat membantu membuat kanker kelaparan," tambah Liu dalam siaran persnya. "Dimungkinkan juga untuk mengubah energi baterai menjadi panas untuk membunuh sel kanker," pungkas dia. hay/I-1