Computing
Maaari bang Ang mga Panloob na Baterya ay Magbigay ng Enerhiya sa Susunod na Henerasyon ng Wearables at Pati Labanan ang Kanser?
Idagdag ang Securities.io sa mga gusto mong mapagkunan sa Google
Ang teknolohiyang pang-suot ay nagbabago na ng ating pang-araw-araw na buhay nang ilang panahon na, at patuloy itong lalago mula dito, tulad ng pinatunayan ng merkado ng mga wearable device na nagkakahalaga ng $61.30 bilyon noong 2022. Sa taong iyon lamang, higit sa 490 milyong yunit ng wearable ang naipadala sa mga mamimili.
Dahil sa inobasyon, ang mga wearable ay humuhubog ng mga trend na sumasaklaw sa mga industriya mula sa pangkapaligirang pagpapanatili hanggang sa pangangalagang pangkalusugan, kung saan ang mga elektronikong ito ay nagbago ng pagsubaybay sa kalusugan, mga therapy, diagnostic ng sakit, at pagpapagaling ng sugat. Upang gumana nang maaasahan, ang mga aparatong ito ay umaasa sa mga baterya na hindi lamang biocompatible kundi may sapat na kapasidad.
Karamihan ng mga implantable na aparato ay pinapagana ng tradisyunal na mga baterya tulad ng Ag-Zn (Silver-Zinc) at Li-I2 (Lithium Iodine) na baterya. Ang mga konbensiyonal na bateryang ito, gayunpaman, ay may limitadong kapasidad at nagdudulot ng panganib sa kaligtasan dahil sa pagtagas ng organikong electrolyte.
Ang mga selyadong baterya na ginagamit para sa pagpapagana ng mga implantable na aparato, ang kapasidad ng Ag-Zn at Li-I2 na baterya ay limitado ng kanilang bigat, na naglilimita sa kanilang buhay ng serbisyo. Dito pumapasok ang isang bagong pag-aaral na nagmumungkahi ng paggamit ng mga sangkap na natural na matatagpuan sa mga buhay na organismo. Kabilang sa mga sangkap na ito ang pawis, mga enzyme, glucose, at natunaw na oxygen, na maaaring magamit bilang patuloy na pinagkukunan ng enerhiya para sa mga baterya.
Ang paggamit ng mga aktibong sangkap tulad ng O2 at glucose bilang cathode/anode na maaaring patuloy na makuha sa pamamagitan ng metabolismo ay nagpapakita ng mahusay na electrochemical performance kapwa in vitro at in vivo.
Inilathala sa Cell Press, ang pag-aaral ay nagmumungkahi ng metal-O2 na baterya, na gagamit ng O2 bilang aktibong sangkap sa cathode at mabubuo kasama ang metalikong anode. Sa ganitong paraan, magbibigay ito ng napakataas na energy density na 5 hanggang 10 beses na mas mataas kaysa sa kasalukuyang magagamit na implantable na baterya.
Sa teorya, ang Li-O2 at Sodium–oxygen (Na-O2) na baterya ay nag-aalok ng magkaibang energy density na 3,458 at 1,605 Wh/kg, ayon sa pagkakasunod. Ang mga bilang na ito ay lagpas nang husto sa mga kasalukuyang lithium-ion na baterya.
Ang pag-aaral ay isinagawa nina Yang Lv, Xizheng Liu, Jiucong Liu, at Yi Ding, na lahat ay kasapi ng Laboratory of Advanced Functional Porous Materials, Institute for New Energy Materials & Low-Carbon Technologies, School of Materials Science and Engineering, Tianjin University of Technology, China.
Kabilang sa iba pang mga mananaliksik sina Shuang Wu at Pingli Wu mula sa College of Chemistry and Materials Science, Institute of Life Science and Green Development, Hebei University, China; si Shuangyong Sun mula sa School of Pharmacy, Tianjin Medical University; at si Yonggang Wang mula sa Department of Chemistry at Shanghai Key Laboratory of Molecular Catalysis and Innovative Materials, Institute of New Energy, iChEM, Fudan University, China.
Ang pag-aaral ay nakatanggap ng pinansyal na suporta mula sa National Natural Science Foundation of China, ang National Key Research and Development Program of China, at ang National Science Fund for Distinguished Young Scholars.
Implantable at Biocompatible Na-O2 na Baterya
Ang oxygen ay mahalaga sa buhay at laganap sa mga buhay na tisyu. Katulad nito, ang Sodium, isa pang mahalagang elemento, ay malawak na naroroon sa ating katawan sa anyong Na+. Ang pagkalaganap na ito ay ginagawang promising prospect ang metal-O2 na baterya para sa patuloy na pag-replenish ng mga pinagkukunan ng enerhiya.
Habang ang Sodium ay nadevelop bilang isang promising anode para sa rechargeable na mga baterya, ang Na-O2 na baterya ay partikular na popular dahil sa kanilang mababang gastos, mataas na theoretical energy density, at potensyal na magamit sa smart grids at portable electronics. Bukod pa rito, ang discharge product ng Na-O2 na baterya ay madaling ma-metabolize sa atay at bato, na nagdaragdag sa kanilang kagandahan.
Sa ganitong paraan, ang Na-O2 na baterya ay maaaring matugunan ang mga pangangailangan ng patuloy na suplay ng raw material pati na rin ang in vivo na metabolismo ng produkto.
Kaya, hindi ito unang pagkakataon na nagtuon ang mga mananaliksik sa Na-O2 na baterya. Noong 2018, isang pag-aaral ang nagbanggit ng kanilang potensyal dahil sa kanilang mataas na theoretical energy density at saganang mapagkukunan habang binigyang-diin ang kanilang mabagal na kinetics dahil sa pagbuo ng malalaking discharge product na may hugis kubiko o di-regular na particle.
Isa pang papel nina Hossein Yadegari at Xueliang Sun mula sa Department of Mechanical and Materials Engineering sa University of Western Ontario ang nagbanggit na ang Na-O2 na baterya ay lumitaw bilang isang energy-efficient na alternatibo sa Li-O2 na baterya. Umaasa ito sa reversible superoxide chemistry, kung saan ang kanilang mga selula ay nagpapakita ng mas mababang overpotential charging kumpara sa kanilang mga Li counterpart, na maaaring isalin sa mataas na cycling performance.
Gayunpaman, binigyang-diin nito na ang interaksyon sa pagitan ng ion pair ay hindi sapat upang pigilan ang nucleophilic attack ng O2 laban sa cell electrolyte. Dagdag pa, ang intrinsic stability ng NaO2 at ang mas mataas na chemical reactivity ng metallic Na ay nagdudulot ng mga hamon sa pag-unlad ng Na-O2 na baterya. Bagaman iilan lamang ang mga ulat tungkol sa mga bateryang ito, ang makabuluhang potensyal na mga benepisyo ng implantable metal-O2 na baterya ay nagbigay-diin sa kahalagahan ng pagharap sa umiiral na mga hamon.
Itinatampok ng pinakabagong pag-aaral ang pangangailangan na ang mga bateryang ginagamit in vivo ay magkaroon ng bukas na arkitektura, na tinitiyak ang adsorption ng O2 mula sa mga likido ng katawan. Bukod pa rito, binibigyang-diin nito ang kahalagahan ng pagpili ng mga komponent ng baterya na nagpapakita ng mahusay na bio-compatibility upang maiwasan ang pagtanggi at mga reaksyon. Dagdag pa, dahil sa pagiging lubhang reactive, ang Na-based na anode ay dapat na maayos na protektado. Ang disenyo ng baterya ay kailangang maging flexible upang payagan ang matatag at malapit na kontak sa malambot na tisyu.
Bilang resulta, iminungkahi ng koponan ang isang bagong disenyo ng Na-O2 na baterya na gumagamit ng matatag na Na-based alloy (NaGaSn) bilang anode (kung saan pumapasok ang kuryente) at nanoporous gold (NPG) cathode (kung saan lumalabas ang kuryente) na komponent na pinaghiwalay ng ion-exchange membrane (Nafion).
Sa halip na gumamit ng purong metallic Na, pinili ng mga mananaliksik ang NaGaSn ternary alloy upang mapabuti ang kaligtasan at anti-corrosion properties sa mga buhay na organismo. Samantala, ginamit ang NPG bilang cathode sa metal-air na mga baterya para sa oxygen reduction reaction. Sa panahon ng discharge, ang O2 ay patuloy na ibinibigay mula sa mga likido ng katawan at nababawasan sa pamamagitan ng NPG catalysis.
Kakilakilabot na Resulta, Potensyal na Mga Aplikasyon
Habang ang mga implantable na elektronik ay nakakakuha ng mas maraming atensyon dahil sa kanilang potensyal na baguhin ang personalized healthcare monitoring at precision therapy, tumataas din ang kahalagahan ng mga implantable na baterya. Dito, ang paggamit ng mga aktibong sangkap mula sa mga buhay na organismo ay maaaring magbigay ng pangmatagalang pinagkukunan ng enerhiya, kaya binabawasan ang pangangailangang palitan ang mga baterya nang paulit-ulit sa pamamagitan ng mga prosesong surgical, na nag-aalok ng mas napapanatiling pangmatagalang solusyon.
Matagumpay na nakabuo ang pag-aaral ng isang implantable at biocompatible Na-O2 na baterya na may bukas na estruktura ng cathode na maayos na gumagana. Sa mga daga, ang laminated na baterya ay nakamit ang power density na 2.6 μW/cm2 sa 1.3 V, na nagpapakita ng mahusay na biocompatibility in vivo.
Ipinakita ng mga resulta na walang makabuluhang pamamaga sa paligid ng mga implant na baterya. Bukod pa rito, ang mga capillary ay muling nabubuo nang maayos sa paligid ng cathode, na nagbibigay ng patuloy na pinagkukunan ng O2 para sa baterya.
Samantala, ang NPG cathode catalyst ay nagbigay-daan sa baterya na makamit ang mahusay na katatagan, na ayon sa pag-aaral, ginagawang “inevitable choice” ang NPG bilang cathode ng Na-O2 na baterya. Ang electrospinning PLCL membrane ay tumulong na mapabuti ang biocompatibility, at ang porous na estruktura ng membrane, na nagsilbing mga kanal para sa transportasyon ng masa at electrolyte, ay nagpayag sa pag-penetrate ng likido ng katawan at pag-diffuse ng O2.
Tungkol naman sa mga ion na Na+ at OH− na nabuo sa proseso ng discharge, pumasok ang mga ito sa dugo nang hindi nagdudulot ng kaguluhan sa electrolyte, at ang kanilang metabolismo sa katawan ay hindi nagresulta sa anumang abnormalidad sa atay at bato.
Ipinakita rin ng mga resulta ng pag-aaral ang promising potential bilang pinagkukunan ng enerhiya para sa pagpapagana ng micro-implantable na elektronik. Higit pa rito, ang paggamit ng O2 mula sa mga likido ng katawan ay binibigyang-diin ang potensyal na aplikasyon ng Na-O2 na baterya sa mga larangan ng biological at medikal na pagsisiyasat. Ayon sa pag-aaral:
“Ang aming Na-O2 na baterya ay nagrerebolusyon sa konsepto ng implantable na mga baterya, ang konsumo ng O2 sa panahon ng discharge ay nagreresulta sa isang deoxygenation function, na nag-aalok din ng bagong paraan upang pagsamahin ang bio-electronic implants at biotherapy patungo sa mga sakit na may kaugnayan sa anaerobic na kapaligiran.”
Kaya, malinaw na ang Na-O2 na baterya ay may malaking potensyal, ngunit hindi ito limitado lamang sa pagpapagana ng mga wearable; sa halip, maaari itong magamit sa mas malawak na aplikasyon, kabilang ang mga aplikasyon sa kanser at pagsubaybay sa paggaling ng sugat.
Dagdag pa, binanggit ng pag-aaral na ang senile dementia at kanser ay malapit na kaugnay ng antas ng oxygen sa mga kaugnay na tisyu. Isang kamakailang ulat tungkol sa self-charging saltwater battery para sa antitumor therapy sa pamamagitan ng konsumo ng O2 ang nagbubukas ng bagong paraan upang pagsamahin ang bioelectronic implants at biotherapy.
Ang eksaktong pagkontrol ng konsentrasyon ng O2 sa kasalukuyang baterya ay nagpapakita ng potensyal na therapeutic capabilities laban sa mga sakit na dulot ng oxygen aggregation o pathogenic bacteria. Bukod pa rito, ang mga catalyst sa cathode ng Na-O2 na baterya ay maaaring magbawas ng superoxide radicals na nagdudulot ng senile dementia, na binibigyang-diin ang potensyal nitong aplikasyon sa mga larangang ito.
Kaya, bagaman marami pang hamon ang kailangang harapin, ang Na-O2 (Sodium-Oxygen) na baterya ay “lubos na promising at maaaring magpasimula ng bagong rebolusyon sa larangan ng implantable na mga aparato, na magdadala sa pag-develop ng mga bagong pamamaraan para sa paggamot ng iba’t ibang sakit” ayon sa pag-aaral.
Mga Solusyon sa Biotech Wearable na Nasa Pag-unlad
Ang teknolohiyang pang-suot ay pangunahing tungkol sa mga elektronikong aparato na isinusuot sa katawan upang subaybayan ang mga sukatan. Ngayon, ang mga aparatong ito ay nagpapaunlad ng malawak na hanay ng mga industriya, mula sa medisina, sports, at fintech hanggang sa pagmamanupaktura at iba pa.
Sa industriya ng sports, ang mga wearable device ay nagbibigay sa mga atleta ng real-time na data at feedback tungkol sa kanilang pagganap. Ang mga smart sunglasses, sapatos, at damit ay gumagamit ng mga sensor upang subaybayan at i-monitor ang heart rate, mga hakbang, at pisikal na aktibidad, kasama ang iba pang mga sukatan. Ang impormasyong ito ay maaaring magamit upang mapabuti ang mga tiyak na bahagi at iayos ang mga plano sa fitness at pagsasanay nang naaayon.
Sa sektor ng pagmamanupaktura, ang mga aparatong ito ay tumutulong upang matiyak ang kaligtasan sa lugar ng trabaho sa pamamagitan ng pagbibigay ng real-time na mga alerto at impormasyon tungkol sa mga posibleng mapanganib na sitwasyon. Samantala, sa pamamagitan ng pagsubaybay sa kahusayan at produktibidad ng mga manggagawa, tumutulong silang tukuyin ang mga lugar na dapat pagbutihin at magsagawa ng angkop na mga pag-aayos sa workflow.
Gayunpaman, sa industriya ng pangangalagang pangkalusugan, ang teknolohiyang pang-suot sa pamamagitan ng mga device tulad ng smartwatches, fitness trackers, biosensors, blood pressure monitors, at electrocardiogram (ECG) monitors ay talagang nagbabago ng mga bagay.
Pinapayagan ng mga wearable ang mga gumagamit na kolektahin ang kanilang sariling data sa kalusugan at, batay dito, gumawa ng aksyon. Ang mga propesyonal sa pangangalagang pangkalusugan ay maaaring mapagaan ang mga sitwasyong maaaring magbanta sa buhay sa pamamagitan ng real-time na pag-monitor ng pasyente, na pinadadali ng mga wearable.
Ang mga aparatong ito ay nagtatala at nagmo-monitor ng mga vital signs at data sa kalusugan, na nagbibigay-daan sa mga doktor at tagapag-alaga na matuklasan ang mga posibleng isyu sa kalusugan at magbigay ng napapanahong interbensyon. Nagbibigay din ito sa mga mananaliksik at doktor ng mahalagang pananaw upang isulong ang klinikal na pananaliksik at bumuo ng mga bagong therapy at paggamot.
Samantala, ang mga provider at insurer ay maaaring gamitin ang mga aparatong ito upang mag-alok ng mas tumpak at personalized na mga health plan. Ang mga organisasyon ay gumagamit din ng mga ito upang hikayatin ang mga malusog na gawi sa mga empleyado.
Sa sektor ng biotech, ang mga wearable ay nagbibigay-daan sa noninvasive na pagsubaybay ng physiological status pati na rin ng kalagayan ng sakit at pagkalantad sa toxin. Maaari silang maging malaking tulong sa precision medicine sa pamamagitan ng pagpapahintulot sa mga mananaliksik at siyentista na matukoy ang anumang posibleng side effect. Bukod pa rito, ang mga wearable ay nagbibigay ng pananaw sa mga kondisyon ng kapaligiran, tulad ng temperatura at kalidad ng hangin, upang pag-aralan ang kanilang epekto sa mga biological system.
Ngayon, tingnan natin ang ilang kumpanya na nagde-develop ng mga wearable solution.
#1. Fitbit na Nakuha ng Google
Ito ay isang kilalang pangalan sa industriya ng wearable para sa mga fitness tracker nito na nagmo-monitor ng iba’t ibang health metrics tulad ng antas ng aktibidad, heart rate, at mga pattern ng pagtulog. Nag-aalok din ito ng coaching platform na nagbibigay ng mga solusyon para sa mga mananaliksik, healthcare system, at corporate wellness. Ang Fitbit ay pangunahing nakatuon sa consumer fitness at nakikipagtulungan sa mga kumpanya ng pangangalagang pangkalusugan.
Sa unang bahagi ng taong ito, ang Fitbit ng Google ay nakipagtulungan sa kumpanyang Quest Diagnostics (DGX ) para pag-aralan kung paano mapapabuti ng mga wearable technology ang metabolic health at posibleng maiwasan ang mga sakit tulad ng stroke, diabetes, at dementia, at iba pa. Isa pang pakikipagtulungan ay sa ViviHealth para sa predictive at prescriptive analytics upang baguhin ang mga behavioral health center.
GOOGL Tsart ng Presyo
Ang Google ay isang kumpanya na may market cap na $1.9 trilyon na may presyo ng share na $153.16, tumaas ng 9.5% YTD. Ang Kita ng kumpanya (TTM) ay $307.39 bilyon, EPS (TTM) na 5.80, at P/E (TTM) na 26.41.
#2. Garmin
Ang kumpanya ay gumagawa ng mga wearable device para sa mga aktibidad sa fitness na may mga tampok para sa pag-monitor ng heart rate, antas ng stress, at kahit pulse oximetry. Ang Venu series nito ay sumusubaybay sa mga pattern ng katawan at kalidad ng pagtulog at nagpa-pair sa Android at Apple (AAPL ) smartphones para sa karagdagang kaginhawahan. Sa pamamagitan ng mga device nito, tinutulungan ng Garmin ang mga gumagamit na mapanatili ang kanilang mga layunin sa kalusugan at layuning mapabuti ang pangkalahatang kalusugan ng lipunan, itaguyod ang wellness, at bawasan ang konsumo ng pangangalagang pangkalusugan.
Nagsimula ang kumpanya tatlong dekada na ang nakalilipas sa mga makabagong produkto ng GPS navigation para sa industriya ng aviation, at kalaunan ay lumawak upang saklawin ang marine, automotive, outdoor, at fitness na mga merkado. Ang kasalukuyang pokus nito ay ang pagpapalawak sa merkado ng India at pagkuha ng lumalaking ‘middle-class’ na base ng mga mamimili.
#3. Abbott Laboratories
Ang kumpanya ay nagde-develop ng iba’t ibang medikal na device, kabilang ang mga wearable technology. Kabilang dito ang FreeStyle Libre, isang maliit na bilog na sensor na ikinakabit sa itaas na braso na nagbibigay ng real-time na glucose readings para sa mga taong may diabetes upang matulungan silang pamahalaan ang kanilang kondisyon nang mas epektibo. Ang nangungunang wearable glucose sensor sa merkado ay may higit sa 5 milyong gumagamit sa buong mundo.
ABT Tsart ng Presyo
Bukod sa diabetes, ang kumpanyang nakabase sa Illinois ay nagbibigay din ng mga serbisyo sa physical movement at cardiology. Sa market cap na $193.62 bilyon, ang mga share ng kumpanya ay nagte-trade sa $111.56, tumaas ng 1.53% YTD. Ang Kita ng kumpanya (TTM) ay $40.10 bilyon, EPS (TTM) na 3.27, at P/E (TTM) na 34.10.
#4. BioTelemetry Inc.
Ngayon ay bahagi na ng Philips, ang BioTelemetry ay nagbibigay ng remote medical monitoring systems, kabilang ang mga wearable device para sa cardiac monitoring. Ang mga wearable sensor na ito ay sumusubaybay sa mga abnormalidad ng heart rhythm at iba pang cardiac metrics nang real time. Noong huling bahagi ng 2020, nakuha ng Philips ang BioTelemetry sa isang $2.8 bilyong kasunduan.
Konklusyon
Ang merkado ng wearable technologies ay sumasabog at inaasahang lalagpas sa $118 bilyon pagsapit ng 2026. Pagkatapos ng lahat, ang mga wearable ay pumapasok sa malawak na hanay ng mga industriya, mula sa fitness, edukasyon, at libangan hanggang sa paglalakbay at fashion.
Gayunpaman, sa pagtaas ng mga alalahanin sa kalusugan, ang mga wearable ay partikular na lumilikha ng makabuluhang epekto sa ating mga gawi, kalusugan, at buhay. Bagaman ang mga aparatong ito ay nagiging mas sopistikado, ang problema sa baterya ay isang bagay na kailangang lutasin.
Tulad ng nakikita natin dito, isinasagawa ang mga pag-aaral upang pahabain ang buhay ng mga wearable at tulungan silang labanan ang mga sakit tulad ng kanser. Sa hinaharap, ang mga pag-unlad sa teknolohiya at pananaliksik ay makakatulong sa mga wearable na maging mas mahusay sa pagbibigay ng personalized na pangangalaga at makabuluhang pagpapabuti ng mga kinalabasan ng pasyente.
