Mungkinkah Baterai Internal Menyalakan Wearables Generasi Berikutnya dan Bahkan Melawan Kanker?

Teknologi wearable telah mengubah kehidupan sehari-hari kita selama beberapa waktu, dan akan terus berkembang, seperti yang dibuktikan oleh pasar perangkat wearable yang bernilai $61,30 miliar pada tahun 2022. Pada tahun itu saja, lebih dari 490 juta unit wearable dikirim ke konsumen. 

Didorong oleh inovasi, wearable telah membentuk tren yang melintasi industri mulai dari keberlanjutan lingkungan hingga perawatan kesehatan, di mana elektronik semacam itu telah mengubah pemantauan kesehatan, terapi, diagnostik penyakit, dan penyembuhan luka. Untuk beroperasi secara andal, perangkat ini mengandalkan baterai yang tidak hanya biokompatibel tetapi juga memiliki kapasitas yang cukup.

Sebagian besar perangkat yang dapat ditanamkan ditenagai oleh baterai tradisional seperti baterai Ag-Zn (Perak-Zink) dan Li-I2 (Litium Iodin). Namun, baterai konvensional ini memiliki kapasitas terbatas dan menimbulkan bahaya keselamatan akibat kebocoran elektrolit organik.  

Tertutup dan digunakan untuk menyalakan perangkat yang dapat ditanamkan, kapasitas baterai Ag-Zn dan Li-I2 dibatasi oleh massanya, yang membatasi umur layanan mereka. Di sinilah sebuah studi baru mengusulkan pemanfaatan komponen yang secara alami terdapat dalam organisme hidup. Komponen tersebut meliputi keringat, enzim, glukosa, dan oksigen terlarut, yang dapat digunakan sebagai sumber energi kontinu untuk baterai.

Menggunakan komponen aktif seperti O2 dan glukosa sebagai katoda/anoda yang dapat diperoleh secara kontinu melalui metabolisme menunjukkan kinerja elektrokimia yang baik baik in vitro maupun in vivo. 

Dipublikasikan di Cell Press, studi mengusulkan baterai logam-O2, yang akan menggunakan O2 sebagai komponen aktif pada katoda dan dirakit dengan anoda logam. Dengan cara ini, mereka akan memberikan kepadatan energi yang sangat tinggi, 5 hingga 10 kali lebih besar daripada baterai yang saat ini tersedia untuk ditanamkan.

Secara teoretis, baterai Li-O2 dan Natrium‑oksigen (Na-O2) menawarkan kepadatan energi masing-masing sebesar 3.458 dan 1.605 Wh/kg. Angka-angka ini jauh melampaui baterai litium‑ion saat ini.

Studi ini dilakukan oleh Yang Lv, Xizheng Liu, Jiucong Liu, dan Yi Ding, yang semuanya berafiliasi dengan Laboratorium Material Berpori Fungsional Tinggi, Institut untuk Material Energi Baru & Teknologi Rendah Karbon, Sekolah Ilmu dan Teknik Material, Universitas Teknologi Tianjin, China.

Peneliti lain termasuk Shuang Wu dan Pingli Wu dari Fakultas Kimia dan Ilmu Material, Institut Ilmu Kehidupan dan Pengembangan Hijau, Universitas Hebei, China; Shuangyong Sun dari Sekolah Farmasi, Universitas Kedokteran Tianjin; dan Yonggang Wang dari Departemen Kimia dan Laboratorium Kunci Shanghai untuk Katalisis Molekuler dan Material Inovatif, Institut Energi Baru, iChEM, Universitas Fudan, China.

Studi ini menerima dukungan keuangan dari National Natural Science Foundation of China, National Key Research and Development Program of China, dan National Science Fund for Distinguished Young Scholars.

Baterai Na-O2 yang Dapat Ditanamkan dan Biokompatibel

Oksigen esensial bagi kehidupan dan tersebar luas di jaringan hidup. Demikian pula, Natrium, elemen penting lainnya, banyak terdapat dalam tubuh kita dalam bentuk Na+. Kelimpahan ini menjadikan baterai logam-O2 prospek menjanjikan untuk sumber daya yang terus-menerus terisi ulang. 

Meskipun Natrium telah dikembangkan sebagai anoda yang menjanjikan untuk baterai isi ulang, baterai Na-O2 khususnya populer karena biaya rendah, kepadatan energi teoretis tinggi, dan potensi penggunaannya dalam jaringan pintar serta elektronik portabel. Selain itu, produk discharge baterai Na-O2 dapat dengan mudah dimetabolisme di hati dan ginjal, menambah daya tariknya.

Dengan cara ini, baterai Na-O2 dapat memenuhi persyaratan pasokan bahan mentah yang berkelanjutan serta metabolisme produk in vivo.

Dengan demikian, ini bukan pertama kalinya peneliti memfokuskan pada baterai Na-O2. Pada tahun 2018, sebuah studi mencatat potensinya berkat kepadatan energi teoretis yang tinggi dan sumber daya yang melimpah, sambil menyoroti kinetika yang lambat akibat pembentukan produk discharge berukuran besar dengan bentuk partikel kubik atau tidak teratur.

Makalah lain oleh Hossein Yadegari dan Xueliang Sun dari Departemen Teknik Mekanik dan Material di University of Western Ontario mencatat bahwa baterai Na-O2 muncul sebagai alternatif hemat energi dibandingkan baterai Li-O2. Mereka mengandalkan kimia superoksida yang dapat dipulihkan, dengan sel mereka menunjukkan tegangan overpotensial pengisian yang lebih rendah dibandingkan dengan rekan Li mereka, yang dapat diterjemahkan menjadi kinerja siklus yang tinggi.

Namun, studi tersebut menunjukkan bahwa interaksi antara pasangan ion tidak cukup untuk mencegah serangan nukleofilik O2 terhadap elektrolit sel. Selain itu, stabilitas intrinsik NaO2 dan reaktivitas kimia yang lebih tinggi dari Na logam menimbulkan tantangan dalam pengembangan baterai Na-O2. Meskipun laporan tentang baterai ini relatif sedikit, keuntungan potensial yang signifikan dari baterai logam-O2 yang dapat ditanamkan menekankan pentingnya mengatasi tantangan yang ada.

Studi terbaru menyoroti kebutuhan baterai yang digunakan in vivo memiliki arsitektur terbuka, memastikan penyerapan O2 dari cairan tubuh. Selanjutnya, pentingnya memilih komponen baterai yang menunjukkan bio-kompatibilitas baik untuk menghindari penolakan dan reaksi juga ditekankan. Selain itu, karena sangat reaktif, anoda berbasis Na harus dilindungi dengan baik. Desain baterai juga perlu fleksibel untuk memungkinkan kontak yang stabil dan intim dengan jaringan lunak.

Sebagai hasilnya, tim mengusulkan desain baterai Na-O2 baru yang menggunakan paduan berbasis Na yang stabil (NaGaSn) sebagai anoda (dari mana listrik masuk) dan katoda emas nanopori (NPG) (tempat listrik keluar) yang dipisahkan oleh membran pertukaran ion (Nafion).

Alih-alih menggunakan Na murni logam, peneliti memilih paduan ternary NaGaSn untuk meningkatkan keamanan dan sifat anti-korosi dalam organisme hidup. Sementara itu, NPG digunakan sebagai katoda dalam baterai logam-udara untuk reaksi reduksi oksigen. Selama discharge, O2 disuplai secara kontinu dari cairan tubuh dan direduksi melalui katalisis NPG.

Hasil Menjanjikan, Potensi Aplikasi 

Seiring elektronik yang dapat ditanamkan semakin menarik perhatian karena potensinya merevolusi pemantauan perawatan kesehatan pribadi dan terapi presisi, pentingnya baterai yang dapat ditanamkan tumbuh seiring. Di sini, penggunaan komponen aktif dari organisme hidup dapat menyediakan sumber daya jangka panjang, sehingga mengurangi kebutuhan mengganti baterai berulang kali melalui prosedur bedah, menawarkan solusi jangka panjang yang lebih berkelanjutan.

Studi tersebut berhasil mengembangkan baterai Na-O2 yang dapat ditanamkan dan biokompatibel dengan struktur katoda terbuka yang beroperasi lancar. Pada tikus, baterai berlapis mencapai kepadatan daya 2,6 μW/cm2 pada 1,3 V, menunjukkan biokompatibilitas yang luar biasa in vivo.

Hasilnya tidak menunjukkan peradangan signifikan di sekitar baterai yang ditanamkan. Selain itu, kapiler berkembang dengan baik di sekitar katoda, menyediakan sumber O2 yang kontinu untuk baterai.

Sementara itu, katalis katoda NPG memungkinkan baterai mencapai stabilitas yang luar biasa, yang menurut studi menjadikan NPG sebagai “pilihan tak terhindarkan” sebagai katoda baterai Na-O2. Membran PLCL yang diproduksi dengan elektrospinning membantu meningkatkan biokompatibilitas, dan struktur berpori membran, yang berfungsi sebagai saluran transportasi massa dan elektrolit, memungkinkan permeasi cairan tubuh dan difusi O2.

Sedangkan ion Na+ dan OH− yang dihasilkan selama proses discharge, masuk ke dalam darah tanpa menyebabkan gangguan elektrolit, dan metabolisme mereka dalam tubuh tidak menghasilkan kelainan pada hati dan ginjal.

Hasil studi juga menunjukkan potensi menjanjikan sebagai sumber energi untuk menyalakan elektronik mikro-implantable. Lebih jauh lagi, konsumsi O2 dari cairan tubuh menyoroti potensi aplikasi baterai Na-O2 dalam bidang penelitian biologis dan medis. Menurut studi:

“Baterai Na-O2 kami merevolusi konsep baterai yang dapat ditanamkan, konsumsi O2 selama proses discharge menghasilkan fungsi deoksigenasi, yang juga menawarkan cara baru untuk menggabungkan implan bio-elektronik dan bioterapi terhadap penyakit yang terkait dengan lingkungan anaerobik.”

Jadi, baterai Na-O2 jelas memiliki potensi besar, namun tidak terbatas hanya untuk menyalakan wearable; sebaliknya, ia dapat digunakan secara lebih luas, termasuk aplikasi kanker dan pemantauan penyembuhan luka.

Studi tersebut juga mencatat bahwa demensia senilis dan kanker sangat terkait dengan kadar oksigen di jaringan terkait. Baterai air garam yang mengisi daya sendiri untuk terapi antitumor dengan mengonsumsi O2 baru-baru ini dilaporkan membuka cara baru untuk menggabungkan implan bioelektronik dan bioterapi.

Mengontrol konsentrasi O2 dalam baterai saat ini secara tepat menunjukkan kemampuan terapeutik potensial melawan penyakit yang disebabkan oleh agregasi oksigen atau bakteri patogen. Selain itu, katalis pada katoda baterai Na-O2 dapat mengurangi radikal superoksida yang menyebabkan demensia senilis, menyoroti potensi aplikasinya di bidang ini juga.

Jadi, meskipun banyak tantangan yang masih harus diatasi, baterai Na-O2 (Natrium-Oksigen) “sangat menjanjikan dan dapat memicu revolusi baru di bidang perangkat yang dapat ditanamkan, mengarah pada pengembangan metode baru untuk pengobatan berbagai penyakit” demikian pernyataan studi.

Klik di sini untuk mempelajari tentang wearable kreatif generasi berikutnya – Anting Thermal

Solusi Wearable Biotek dalam Pengembangan  

Teknologi wearable pada dasarnya adalah perangkat elektronik yang dipakai di tubuh untuk memantau metrik. Saat ini, perangkat ini menggerakkan berbagai industri, mulai dari kedokteran, olahraga, dan fintech hingga manufaktur dan lainnya.

Dalam industri olahraga, perangkat wearable memberikan atlet data dan umpan balik real-time tentang kinerja mereka. Kacamata pintar, alas kaki, dan pakaian menggunakan sensor untuk melacak dan memantau detak jantung, langkah, dan aktivitas fisik, serta metrik lainnya. Informasi ini kemudian dapat digunakan untuk meningkatkan area tertentu dan menyesuaikan rencana kebugaran serta pelatihan secara tepat.

Di sektor manufaktur, perangkat ini membantu memastikan keselamatan tempat kerja dengan memberikan peringatan dan informasi real-time tentang situasi berbahaya. Sementara itu, dengan melacak efisiensi dan produktivitas pekerja, mereka membantu mengidentifikasi area yang perlu diperbaiki dan melakukan penyesuaian yang tepat dalam alur kerja.

Namun, di industri perawatan kesehatan, teknologi wearable melalui perangkat seperti smartwatch, pelacak kebugaran, biosensor, monitor tekanan darah, dan monitor elektrokardiogram (ECG) benar‑benar mengubah segalanya.

Wearable memungkinkan pengguna mengumpulkan data kesehatan mereka sendiri dan, berdasarkan itu, mengambil tindakan. Profesional kesehatan dapat mengurangi situasi mengancam jiwa melalui pemantauan pasien secara real-time, yang menjadi mudah dengan wearable.

Perangkat ini melacak dan memantau tanda vital serta data kesehatan, memungkinkan dokter dan perawat menemukan potensi masalah kesehatan dan memberikan intervensi tepat waktu. Mereka juga memberikan peneliti dan dokter wawasan berharga untuk memajukan riset klinis serta mengembangkan terapi dan perawatan baru.

Sementara itu, penyedia layanan dan perusahaan asuransi dapat memanfaatkan perangkat ini untuk menawarkan rencana kesehatan yang lebih akurat dan dipersonalisasi. Organisasi juga menggunakannya untuk mendorong kebiasaan sehat di antara karyawan.

Di sektor biotek, wearable memungkinkan pemantauan status fisiologis non-invasif serta keadaan penyakit dan paparan racun. Mereka sangat membantu dalam pengobatan presisi dengan memungkinkan peneliti dan ilmuwan mengidentifikasi potensi efek samping. Selain itu, wearable memberikan wawasan tentang kondisi lingkungan, seperti suhu dan kualitas udara, untuk mempelajari pengaruhnya pada sistem biologis.

Sekarang, mari kita lihat beberapa perusahaan yang mengembangkan solusi wearable.

#1. Fitbit yang Diakuisisi Google 

Ini adalah nama yang cukup terkenal di industri wearable untuk pelacak kebugarannya yang memantau berbagai metrik kesehatan seperti tingkat aktivitas, detak jantung, dan pola tidur. Selain itu, mereka menawarkan platform pelatihan yang menyediakan solusi bagi peneliti, sistem perawatan kesehatan, dan kebugaran korporat. Fitbit terutama fokus pada kebugaran konsumen dan telah menjalin kemitraan dengan perusahaan perawatan kesehatan.

Awal tahun ini, Fitbit milik Google bekerja sama dengan perusahaan tes laboratorium Quest Diagnostics (DGX ) untuk mempelajari bagaimana teknologi wearable dapat meningkatkan kesehatan metabolik dan mungkin mencegah penyakit seperti stroke, diabetes, dan demensia, serta lainnya. Kerjasama lain dengan ViviHealth untuk analitik prediktif dan preskriptif guna mentransformasi pusat kesehatan perilaku.

Google adalah perusahaan dengan kapitalisasi pasar $1,9 triliun dengan sahamnya pada $153,16, naik 9,5% YTD. Pendapatan perusahaan (TTM) sebesar $307,39 miliar, EPS (TTM) 5,80, dan P/E (TTM) 26,41.

#2. Garmin 

Perusahaan ini memproduksi perangkat wearable untuk aktivitas kebugaran dengan fitur pemantauan detak jantung, tingkat stres, bahkan oximetri nadi. Seri Venu-nya melacak pola tubuh dan kualitas tidur serta terhubung dengan smartphone Android dan Apple (AAPL ) untuk kenyamanan tambahan. Melalui perangkatnya, Garmin membantu pengguna mempertahankan tujuan kesehatan dan bertujuan meningkatkan kesehatan masyarakat secara keseluruhan, mempromosikan kebugaran, dan mengurangi konsumsi layanan kesehatan.

Perusahaan ini memulai tiga dekade yang lalu dengan produk navigasi GPS mutakhir untuk industri penerbangan, kemudian berkembang mencakup pasar maritim, otomotif, luar ruangan, dan kebugaran. Fokus saat ini adalah memperluas pasar di India dan menangkap basis konsumen ‘kelas menengah’ yang terus meningkat.

#3. Abbott Laboratories

Perusahaan ini mengembangkan berbagai perangkat medis, termasuk teknologi wearable. Ini mencakup FreeStyle Libre, sensor bulat kecil yang dipasang di lengan atas yang memberikan pembacaan glukosa real-time bagi penderita diabetes untuk membantu mereka mengelola kondisi secara lebih efektif. Sensor glukosa wearable terkemuka di pasar ini memiliki lebih dari 5 juta pengguna di seluruh dunia.

Selain diabetes, perusahaan berbasis Illinois ini juga menyediakan layanan dalam bidang gerakan fisik dan kardiologi. Dengan kapitalisasi pasar $193,62 miliar, saham perusahaan diperdagangkan pada $111,56, naik 1,53% YTD. Pendapatan perusahaan (TTM) sebesar $40,10 miliar, EPS (TTM) 3,27, dan P/E (TTM) 34,10.

#4. BioTelemetry Inc. 

Sekarang menjadi bagian dari Philips, BioTelemetry menyediakan sistem pemantauan medis jarak jauh, termasuk perangkat wearable untuk pemantauan jantung. Sensor wearable ini melacak kelainan irama jantung dan metrik kardiak lainnya secara real-time. Pada akhir 2020, Philips mengakuisisi BioTelemetry dalam kesepakatan senilai $2,8 miliar.

Kesimpulan

Pasar teknologi wearable sedang booming dan diproyeksikan melampaui $118 miliar pada tahun 2026. Bagaimanapun, wearable memasuki berbagai industri, mulai dari kebugaran, pendidikan, dan hiburan hingga perjalanan dan mode. 

Namun, dengan meningkatnya kekhawatiran kesehatan, wearable secara khusus menciptakan dampak signifikan pada kebiasaan, kesehatan, dan kehidupan kita. Meskipun perangkat ini semakin canggih, masalah baterai tetap harus diatasi.

Seperti yang dapat kita lihat, studi sedang dilakukan untuk memperpanjang umur wearable dan membantu mereka melawan penyakit seperti kanker. Di masa depan, kemajuan teknologi dan riset akan membantu wearable menjadi lebih baik dalam memberikan perawatan pribadi dan secara signifikan meningkatkan hasil pasien.

Klik di sini untuk daftar perusahaan pelacak kesehatan wearable teratas untuk diinvestasikan.