الباحثون العراقيون Iraqi Researchers
– بطارية UMD
الايونات المتدفقة في اجسامنا مثل (الصوديوم، والبوتاسيوم، والمتحللات بالكهرباء الاخرى) هي الاشارات الكهربائية التي تعمل على تحفيز الدماغ والتحكم بايقاع نبضات القلب، وحركة العضلات، واكثر من ذلك. تتدفق الطاقة الكهربائية، او التيار، في البطاريات التقليدية بشكل الكترونات متحركة. يتولد هذا التيار الذي يخرج من البطارية، داخل البطارية نفسها وذلك بواسطة تحريك ايونات موجبة من احد طرفي البطارية (القطب) الى الاخر. بطارية اومد (UMD) تقوم بالامر عكسياً. حيث تقوم بتحريك الالكترونات داخل الجهاز لتوصيل الطاقة بشكل تدفق من الايونات. هذه هي المرة الاولى التي يبتكر فيها بطارية مولدة للتيار الايوني.
قال رئيس المجموعة التي طورت البطارية، الدكتور ليانغبينغ هو (Liangbing Hu) :”هدفي هو ان تتفاعل الانظمة الايونية مع الانظمة البشرية،”. الدكتور هو هو استاذ علوم المواد في جامعة ماريلاند (the University of Maryland) في مدينة كوليج بارك (College Park). وهو ايضاً عضو في مركز ابحاث الطاقة في جامعة ماريلاند، وباحث رئيسي في مركز ابحاث حدود الطاقة والبنى النانوية لتخزين الطاقة الكهربائية (the Electrical Energy Storage Energy Frontier Research Center) وبرعاية وزارة الطاقة التي مولت الدراسة.
قال الدكتور هو :”توصلت الى التصميم العكسي للبطارية، حيث تتدفق الالكترونات، في البطارية النموذجية، عبر الاسلاك لتفاعل الالكترونات، وتتدفق الايونات عبر فاصل البطارية. يتم تقصير البطارية التقليدية، في تصميمنا العكسي، الكترونياً (يعني ذلك ان الالكترونات تتدفق عبر الاسلاك المعدنية). ثم يجب ان تتدفق الايونات من خلال الكابلات الايونية الخارجية. في هذه الحالة، يمكن ان تتفاعل الايونات الموجودة في الكابل الايوني، في الالياف العشبية، مع الانظمة الحية.” وقد نُشر عمل الدكتور هو وزملاؤه في العدد الصادر بتأريخ 24 يوليو/تموز من مجلة اتصالات الطبيعة – نايتشر كومينيكشن (Nature Communications).
قال عضو المجموعة والعالم في فريق عمل المعهد الوطني للسكري وامراض الجهاز الهضمي والكلى (the National Institute of Diabetes and Digestive and Kidney Diseases – NIDDK) والتي هي جزء من المعاهد الوطنية للصحة في بيثيسدا (Bethesda) في ماريلاند، الدكتور جيان ها هانغ (Jianhua Zhang) :”يمكن ان تتضمن التطبيقات المحتملة تطوير الجيل التالي من المعالجة الدقيقة للانشطة العصبية والتفاعلات التي يمكن ان تمنع و/او تعالج المشاكل الطبية مثل الزهايمر والاكتئاب،”
قال هانغ، والذي اجرى تجارب بيولوجية لاختبار ان البطارية الجديدة نقلت وبنجاح التيار الى خلايا حية :”يمكن استخدام البطارية لتطوير اجهزة طبية للمعاقين، او ايصال اكثر فاعلية للادوية والجينات في كل من الابحاث والحالات السريرية، وكطريقة لمعالجة السرطانات والامراض الاخرى بدقة اكبر.”
وقال: “نحن نتطلع بالنظر للمستقبل العلمي، ويأمل المرء بان يساعد هذا الاختراع في تحديد امكانية الاتصال المباشر بين الانسان والالة.”
– بطاريات متوافقة بايولوجياً وطبياً
حاول العلماء سابقاً، وبسبب ان الخلايا الحية تعمل على تيار ايوني وان البطاريات الحالية توفر تياراً الكترونياً، معرفة كيفية خلق توافق بيولوجي بين هذين الاثنين بواسطة ربط تيار الكتروني مع تيار ايوني. المشكلة في هذه الفكرة هو ان التيار الالكتروني يحتاج الى فولطية معينة ليعبر الفجوة بين الانظمة الالكترونية والانظمة الايونية. مع ذلك، تتدفق التيارات الايونية في الانظمة الحية بفولطية واطئة جداً. بالتالي، ومع وجود التوصيل الالكتروني الى الايوني سيكون حث التيار مرتفعاً جداً لتحريك، على سبيل المثال، الدماغ او العضلات. يمكن القضاء على هذه المشكلة باستخدام بطاريات التيار الايوني، والتي يمكن تشغيلها باي مستوى من الفولطية.
تمتاز بطارية اومد الجديدة بميزة غير اعتيادية اخرى، وهي استخدام العشب لتخزين طاقتها. ولصنع البطارية، غمر الفريق كمية من حشيشة او قبأ المروج (Kentucky bluegrass) في محلول ملح الليثيوم. كانت القنوات التي تنقل المادية المغذية الى اعلى واسفل العشب انابيب مثالية لابقاء المحلول.
تبدو البطارية التجريبية التي صنعها الفريق مثل انبوبتين زجاجيتين مع العشب بداخلها، يتصل كل منهما بسلك معدني رفيع من الاعلى. السلك هو حيث تتدفق الالكترونات لتنتقل من من احد قطبي البطارية الى الاخر ليتم تفريغ مخزون الطاقة ببطئ. يوجد في نهايتي الانبوبين الزجاجيين طرف معدني يتدفق من خلاله التيار الايوني.
اثبت الباحثون ان التيار الايوني يتدفق بواسطة لمس طرفي البطارية نهاية خيط قطني مغمور بالليثيوم، مع نقطة من ايونات النحاس المصبوغة باللون الازرق في المنتصف. ما ان ينحصر النحاس بالتيار الايوني، فيتحرك النحاس عبر الخيط نحو القطب السالب للشحنة، وكما توقع الباحثون.
قال الكاتب الاول لورقة البحث وطالب دراسات عليا في قسم العلوم وهندسة المواد في جامعة ماريلاند في مدينة كوليج بارك، تشينجوي وانج (Chengwei Wang) :”يمكن ان تبقي القنوات الميكروية المحلول الملحي، مما يجعلها موصلاً ايونياً مستقراً،”
مع ذلك، يخطط الفريق لتنويع انواع بطاريات الكترون ذات التيار الايوني التي ينتجونها. قال وانج :”نحن نعمل على تطوير العديد من الموصلات الايونية مع السيليلوز، والهلاميات المائية، والبوليمرات،”. انها ليست المرة الاولى التي يختبر فيها علماء جامعة ماريلاند المواد الطبيعية في الاستخدامات الجديدة. فقد درس الدكتور هو وفريقه سابقاً المواد السيليلوزية والنباتية للبطاريات الالكترونية، مما ادى الى صنع بطارية ومكثف مزدوج من الخشب وبطارية من الورق. وصنعوا ايضاً الخشب الشفاف كبديل محتمل اكثر كفاءة للنوافذ الزجاجية.
قال الاستاذ المساعد في الهندسة النانوية في جامعة كاليفورنيا (the University of California) في سان دييغو، وغير المشارك في هذه الدراسة، بينغ ليو (Ping Liu) :”العمل ابداعي للغاية وقيمته الاساسية هي في توصيل التدفق الايوني الى النظم الحيوية دون اثارة اخطار اليها. يكمن تأثير العمل الحقيقي في ما اذا كان يمكن العثور على مواد موصلة اصغر حجماً واكثر توافقاً حيوياً، وبالتالي يمكن ان تتفاعل مع الخلايا والكائنات الحية بشكل مباشر واكثر كفاءة.”
