İç Bataryalar Yeni Nesil Giyilebilir Teknolojileri ve Hatta Kanserle Mücadeleyi Güçlendirebilir mi?

Giyilebilir teknoloji bir süredir günlük yaşamımızı yeniden şekillendiriyor ve buradan itibaren sadece büyümeye devam edecek, bu durum 2022 yılında 61,30 milyar dolar değerinde olan giyilebilir cihazlar pazarının kanıtı. O yıl yalnızca 490 milyondan fazla giyilebilir birim tüketicilere gönderildi. 

İnovasyonla yönlendirilen giyilebilir cihazlar, çevresel sürdürülebilirlikten sağlık hizmetlerine kadar uzanan sektörlerde trendleri şekillendiriyor; bu tür elektronikler sağlık izleme, tedaviler, hastalık teşhisi ve yara iyileşmesini dönüştürdü. Güvenilir bir şekilde çalışabilmek için bu cihazlar yalnızca biyouyumlu değil, aynı zamanda yeterli kapasiteye sahip bataryalara dayanıyor.

İmplantasyon cihazlarının çoğu, Ag-Zn (Gümüş-Çinko) ve Li-I2 (Lityum İyot) gibi geleneksel bataryalarla çalıştırılıyor. Ancak bu geleneksel bataryalar sınırlı kapasiteye sahip ve organik elektrolit sızıntısı nedeniyle güvenlik riski oluşturuyor.  

İmplantasyon cihazlarını beslemek için mühürlenmiş ve kullanılan Ag-Zn ve Li-I2 bataryalarının kapasitesi kütleleriyle sınırlıdır, bu da hizmet ömürlerini kısıtlar. İşte burada yeni bir çalışma canlı organizmaların doğal olarak içerdiği bileşenlerin kullanılmasını öneriyor. Bu bileşenler ter, enzimler, glikoz ve çözünmüş oksijeni içerir ve bataryalar için sürekli enerji kaynakları olarak kullanılabilir.

Metabolizma yoluyla sürekli elde edilebilen O2 ve glikoz gibi aktif bileşenlerin katot/anion olarak kullanılması, in vitro ve in vivo ortamda iyi elektrokimyasal performans sergiliyor. 

Cell Press’te yayımlanan çalışma, metal-O2 bataryalarını öneriyor; bu bataryalar katotta O2’yi aktif bileşen olarak kullanacak ve metal bir anotla birleştirilecek. Bu sayede, mevcut implantasyon bataryalarından 5 ila 10 kat daha yüksek enerji yoğunlukları sağlayacak. 

Teorik olarak, Li-O2 ve Sodyum‑oksijen (Na-O2) bataryaları sırasıyla 3.458 ve 1.605 Wh/kg enerji yoğunlukları sunar. Bu değerler mevcut lityum‑iyon bataryaların çok üzerindedir. 

Çalışma, Çin’deki Tianjin Teknoloji Üniversitesi, Malzeme Bilimi ve Mühendisliği Okulu, Yeni Enerji Malzemeleri ve Düşük Karbonlu Teknolojiler Enstitüsü, İleri Fonksiyonel Gözenekli Malzemeler Laboratuvarı’na bağlı Yang Lv, Xizheng Liu, Jiucong Liu ve Yi Ding tarafından yürütülmüştür. 

Diğer araştırmacılar arasında Çin’deki Hebei Üniversitesi, Kimya ve Malzeme Bilimi Fakültesi, Yaşam Bilimleri ve Yeşil Gelişim Enstitüsü’nden Shuang Wu ve Pingli Wu; Tianjin Tıp Üniversitesi Eczacılık Okulu’ndan Shuangyong Sun; ve Fudan Üniversitesi, Yeni Enerji Enstitüsü, iChEM, Şanghay Moleküler Kataliz ve Yenilikçi Malzemeler Ana Laboratuvarı, Kimya Bölümü’nden Yonggang Wang yer almıştır. 

Çalışma, Çin Ulusal Doğa Bilimleri Vakfı, Çin Ulusal Anahtar Araştırma ve Geliştirme Programı ve Üstün Genç Bilim Adamları Ulusal Bilim Fonu’ndan mali destek almıştır.

İmplantasyon ve Biyouyumlu Na-O2 Bataryası

Oksijen yaşam için hayati öneme sahiptir ve canlı dokularda yaygındır. Benzer şekilde, bir diğer hayati element olan Sodyum, Na+ formunda vücudumuzda geniş bir şekilde bulunur. Bu yaygınlık, metal-O2 bataryalarını sürekli yenilenen enerji kaynakları için umut verici bir seçenek haline getirir. 

Sodyum, şarj edilebilir bataryalar için umut vaat eden bir anot olarak geliştirilmiş olsa da, Na-O2 bataryaları düşük maliyetleri, yüksek teorik enerji yoğunlukları ve akıllı şebekeler ile taşınabilir elektroniklerde kullanım potansiyelleri nedeniyle özellikle popülerdir. Ayrıca, Na-O2 bataryalarının deşarj ürünü karaciğer ve böbreklerde kolayca metabolize edilebilir, bu da çekiciliğini artırır.

Bu şekilde, Na-O2 bataryaları sürekli hammadde kaynağı temini ve in vivo ürün metabolizması gereksinimlerini karşılayabilir.

Dolayısıyla, araştırmacıların Na-O2 bataryalarına odaklanması ilk kez değil. 2018 yılında bir çalışma, yüksek teorik enerji yoğunlukları ve bol kaynakları sayesinde potansiyellerine dikkat çekti, ancak kübik ya da düzensiz parçacık şekilli büyük boyutlu deşarj ürünlerinin oluşumu nedeniyle yavaş kinetiklerine de işaret etti. 

Western Ontario Üniversitesi, Mekanik ve Malzeme Mühendisliği Bölümü’nden Hossein Yadegari ve Xueliang Sun’un başka bir makalesi, Na-O2 bataryalarının Li-O2 bataryalarına enerji verimli bir alternatif olarak ortaya çıktığını belirtti. Bu bataryalar geri dönüşümlü süperoksit kimyasına dayanır ve hücreleri, Li bataryalarına kıyasla daha düşük aşırı potansiyel şarj göstererek yüksek döngü performansına dönüştürülebilir.

Bununla birlikte, iyon çifti arasındaki etkileşimin O2’nin hücre elektrolitine karşı nükleofilik saldırısını önlemek için yetersiz olduğu belirtilmiştir. Ayrıca, NaO2’nin içsel kararlılığı ve metal Na’nın daha yüksek kimyasal reaktivitesi, Na-O2 bataryalarının ilerlemesinde zorluklar yaratmaktadır. Bu bataryalarla ilgili nispeten az rapor bulunmasına rağmen, implantasyon metal-O2 bataryalarının önemli potansiyel avantajları mevcut zorlukların ele alınmasının önemini vurgulamaktadır.

Son çalışma, in vivo kullanılan bataryaların açık bir mimariye sahip olmasının, vücut sıvılarından O2’nin adsorpsiyonunu sağlamak için gerekli olduğunu vurguluyor. Ayrıca, reddetme ve reaksiyonları önlemek için iyi biyouyumluluk gösteren batarya bileşenlerinin seçilmesinin önemine dikkat çekiyor. Bunun yanı sıra, yüksek reaktif olduğu için Na temelli anotun iyi korunması gerekir. Batarya tasarımı ayrıca, yumuşak dokularla stabil ve yakın temas sağlayacak şekilde esnek olmalıdır.

Sonuç olarak, ekip, anot olarak (elektriğin girdiği yer) stabil bir Na bazlı alaşım (NaGaSn) ve katot olarak (elektriğin çıktığı yer) nanoporlu altın (NPG) bileşenini iyon değişim membranı (Nafion) ile ayıran yenilikçi bir Na-O2 batarya tasarımı öneriyor.

Saf metal Na kullanmak yerine, araştırmacılar NaGaSn üçlü alaşımını seçerek canlı organizmalarda güvenlik ve korozyon direncini artırdı. Bu arada, NPG, oksijen indirgeme reaksiyonu için metal‑hava bataryalarında katot olarak kullanıldı. Deşarj sırasında, O2 vücut sıvılarından sürekli sağlanır ve NPG kataliziyle indirgenir. 

Ümit Verici Sonuçlar, Potansiyel Uygulamalar 

İmplantasyon elektronikleri, kişiselleştirilmiş sağlık izleme ve hassas terapiyi devrim niteliğinde değiştirme potansiyelleri nedeniyle giderek daha fazla ilgi gördükçe, implantasyon bataryalarının önemi de paralel olarak artıyor. Burada, canlı organizmalardan elde edilen aktif bileşenlerin kullanılması uzun vadeli enerji kaynakları sağlayabilir, böylece bataryaların cerrahi yollarla tekrar tekrar değiştirilme ihtiyacını azaltarak daha sürdürülebilir bir uzun vadeli çözüm sunar. 

Çalışma, sorunsuz çalışan açık katot yapısına sahip implantasyon ve biyouyumlu bir Na-O2 bataryası geliştirmeyi başardı. Sıçanlarda, katmanlı batarya 1,3 V’de 2,6 μW/cm2 güç yoğunluğuna ulaşarak in vivo mükemmel biyouyumluluk gösterdi. 

Sonuçlar, implant edilen bataryaların etrafında belirgin bir inflamasyon olmadığını gösterdi. Ayrıca, kapillerler katot çevresinde iyi bir şekilde yeniden oluşarak batarya için sürekli bir O2 kaynağı sağladı. 

Bu arada, NPG katot katalizörü bataryanın mükemmel stabiliteye ulaşmasını sağladı; çalışma, NPG’nin Na-O2 bataryasının katodu olarak “kaçınılmaz bir seçim” olduğunu belirtti. Elektrospinning PLCL membranı biyouyumluluğu artırmaya yardımcı oldu ve membranın gözenekli yapısı, kütle ve elektrolit taşıma kanalları olarak hizmet ederek vücut sıvısının geçişine ve O2’nin difüzyonuna izin verdi. 

Deşarj sürecinde üretilen Na+ ve OH− iyonları, elektrolit dengesizliğine yol açmadan kana girdi ve vücuttaki metabolizmaları karaciğer ve böbreklerde herhangi bir anormallik oluşturmadı. 

Çalışma sonuçları, mikro-implantasyon elektroniklerini beslemek için enerji kaynağı olarak da umut verici bir potansiyele sahip olduğunu gösterdi. Ayrıca, vücut sıvılarından O2 tüketimi, Na-O2 bataryasının biyolojik ve tıbbi araştırma alanlarındaki potansiyel uygulamalarını vurguluyor. Çalışmaya göre:

“Na-O2 bataryamız, implantasyon bataryaları kavramını devrim niteliğinde değiştiriyor; deşarj sırasında O2 tüketimi deoksijenasyon işlevi yaratıyor ve bu da anaerobik ortamlarla ilişkili hastalıklar için biyo-elektronik implantları ve biyoterapiyi birleştirmenin yeni bir yolunu sunuyor.” 

Dolayısıyla, Na-O2 bataryası açıkça büyük bir potansiyele sahip, ancak sadece giyilebilir cihazları beslemekle sınırlı değil; kanser uygulamaları ve yara iyileşmesini izleme gibi çok daha geniş kullanım alanları da bulunuyor. 

Çalışma ayrıca, yaşlılık demansı ve kanserin ilgili dokulardaki oksijen seviyeleriyle yakından ilişkili olduğunu belirtti. O2 tüketerek antitümör tedavisi için kendini şarj eden bir tuzlu su bataryasının yakın zamanda raporlanması, biyoelektronik implantları ve biyoterapiyi birleştirmenin yeni bir yolunu açıyor.

Mevcut bataryada O2 konsantrasyonunun hassas bir şekilde kontrol edilmesi, oksijen birikimi veya patojen bakterilerden kaynaklanan hastalıklara karşı potansiyel terapötik yetenekleri gösteriyor. Ayrıca, Na-O2 bataryalarının katotundaki katalizörler, yaşlılık demansına neden olan süperoksit radikallerini azaltabilir ve bu alanlardaki potansiyel uygulamalarını da vurgular.

Dolayısıyla, hâlâ birçok zorluk çözülmesi gerekirken, Na-O2 (Sodyum‑Oksijen) bataryası “son derece umut verici ve implantasyon cihazları alanında yeni bir devrimi tetikleyebilir, çeşitli hastalıkların tedavisi için yeni yöntemlerin geliştirilmesine yol açabilir” şeklinde çalışmada ifade edilmiştir.

Gelecek nesil yaratıcı giyilebilir cihazlar – Termal Küpeler hakkında bilgi edinmek için buraya tıklayın

Geliştirilmekte Olan Biyoteknoloji Giyilebilir Çözümler  

Giyilebilir teknoloji, temel olarak vücuda takılan ve ölçümleri izleyen elektronik cihazlarla ilgilidir. Bugün bu cihazlar, tıp, spor, fintech, imalat ve daha birçok sektörde ilerleme kaydediyor. 

Spor endüstrisinde, giyilebilir cihazlar atletlere performansları hakkında gerçek zamanlı veri ve geri bildirim sağlar. Akıllı gözlükler, ayakkabılar ve giysiler, kalp atış hızı, adım sayısı ve fiziksel aktivite gibi çeşitli ölçümleri izlemek için sensörler kullanır. Bu bilgiler, belirli alanlarda iyileştirmeler yapmak ve fitness ve antrenman planlarını buna göre ayarlamak için kullanılabilir. 

İmalat sektöründe, bu cihazlar potansiyel tehlikeli durumlar hakkında gerçek zamanlı uyarılar ve bilgiler sağlayarak işyeri güvenliğini sağlamaya yardımcı olur. Aynı zamanda, çalışan verimliliği ve üretkenliğini izleyerek iyileştirme alanlarını belirler ve iş akışlarında uygun ayarlamalar yapar. 

Bununla birlikte, akıllı saatler, fitness takipçileri, biyosensörler, kan basıncı monitörleri ve elektrokardiyogram (EKG) monitörleri gibi cihazlarla sağlık sektöründe giyilebilir teknoloji gerçekten devrim yaratıyor. 

Giyilebilir cihazlar, kullanıcıların kendi sağlık verilerini toplamasına ve buna dayanarak harekete geçmesine olanak tanır. Sağlık profesyonelleri, gerçek zamanlı hasta izleme sayesinde hayati tehlikeleri hafifletebilir; bu da giyilebilir cihazlarla kolaylaşır. 

Bu cihazlar hayati belirtileri ve sağlık verilerini izleyerek doktorların ve bakım verenlerin potansiyel sağlık sorunlarını tespit etmesini ve zamanında müdahale sağlamasını mümkün kılar. Ayrıca, araştırmacı ve doktorlara klinik araştırmaları ilerletmek ve yeni terapi ve tedaviler geliştirmek için değerli içgörüler sunar. 

Bu arada, hizmet sağlayıcılar ve sigortacılar bu cihazları daha doğru ve kişiselleştirilmiş sağlık planları sunmak için kullanabilir. Organizasyonlar da çalışanlar arasında sağlıklı alışkanlıkları teşvik etmek için bu cihazları kullanıyor. 

Biyoteknoloji sektöründe, giyilebilir cihazlar invaziv olmayan fizyolojik durum izleme ve hastalık ile toksin maruziyetlerini izleme imkanı sağlar. Araştırmacı ve bilim insanlarının olası yan etkileri belirlemesine olanak tanıyarak hassas tıpta büyük bir yardımcı olabilir. Ayrıca, giyilebilir cihazlar sıcaklık ve hava kalitesi gibi çevresel koşullar hakkında içgörüler sunarak bunların biyolojik sistemler üzerindeki etkilerini incelemeye yardımcı olur. 

Şimdi, giyilebilir çözümler geliştiren bazı şirketlere bir göz atalım. 

#1. Google Tarafından Satın Alınan Fitbit 

Bu, aktivite seviyeleri, kalp atış hızı ve uyku düzenleri gibi çeşitli sağlık ölçümlerini izleyen fitness takipçileriyle giyilebilir endüstrisinde oldukça tanınmış bir isimdir. Ayrıca, araştırmacılar, sağlık sistemleri ve kurumsal sağlık programları için çözümler sunan bir koçluk platformu sağlar. Fitbit, ağırlıklı olarak tüketici fitness’ına odaklanmakta ve sağlık şirketleriyle ortaklıklar kurmaktadır.

Bu yılın başlarında, Google’ın Fitbit’i, laboratuvar test şirketi Quest Diagnostics (DGX ) ile iş birliği yaparak giyilebilir teknolojilerin metabolik sağlığı nasıl iyileştirebileceğini ve felç, diyabet ve demans gibi hastalıkları önleyip önleyemeyeceğini araştırdı. Bir diğer ortaklık ise, davranışsal sağlık merkezlerini dönüştürmek için öngörücü ve reçeteli analizler sunan ViviHealth ile gerçekleşti.

Google, hisse fiyatı $153.16 ve yılbaşından bu yana %9.5 artışla $1.9 trilyon piyasa değerine sahip bir şirkettir. Şirketin (TTM) Geliri $307.39 milyar, (TTM) EPS 5.80 ve (TTM) P/E 26.41’dir.

#2. Garmin 

Şirket, kalp atış hızı, stres seviyeleri ve hatta nabız oksimetresi izleme özelliklerine sahip fitness aktiviteleri için giyilebilir cihazlar üretir. Venu serisi vücut kalıplarını ve uyku kalitesini izler ve ek kolaylık için Android ve Apple (AAPL ) akıllı telefonlarla eşleşir. Garmin, cihazları aracılığıyla kullanıcıların sağlık hedeflerini sürdürmelerine yardımcı olur ve genel toplumsal sağlığı iyileştirmeyi, refahı teşvik etmeyi ve sağlık hizmeti tüketimini azaltmayı amaçlar.

Şirket, üç on yıl önce havacılık sektörü için ileri teknoloji GPS navigasyon ürünleriyle başladı ve daha sonra deniz, otomotiv, dış mekan ve fitness pazarlarını kapsayacak şekilde genişledi. Şu anda odak noktası, Hindistan pazarında genişlemeyi ve artan ‘orta sınıf’ tüketici tabanını yakalamayı hedeflemektedir.

#3. Abbott Laboratories

Şirket, giyilebilir teknolojiler de dahil olmak üzere çeşitli tıbbi cihazlar geliştirir. Bu, diyabetli bireylerin durumlarını daha etkili yönetmelerine yardımcı olmak için üst koluna takılan ve gerçek zamanlı glukoz okumaları sağlayan küçük dairesel bir sensör olan FreeStyle Libre’yi içerir. Pazar lideri giyilebilir glukoz sensörü dünya çapında 5 milyondan fazla kullanıcıya sahiptir.

Diyabetin yanı sıra, Illinois merkezli şirket fiziksel hareket ve kardiyoloji alanlarında da hizmet sunmaktadır. $193.62 milyar piyasa değerine sahip olan şirketin hisseleri $111.56 seviyesinde işlem görmekte ve yılbaşından bu yana %1.53 artış göstermektedir. Şirketin (TTM) Geliri $40.10 milyar, (TTM) EPS 3.27 ve (TTM) P/E 34.10’dur.

#4. BioTelemetry Inc. 

Şimdi Philips’in bir parçası olan BioTelemetry, kardiyak izleme için giyilebilir cihazlar da dahil olmak üzere uzaktan tıbbi izleme sistemleri sunar. Bu giyilebilir sensörler, kalp ritmi anormalliklerini ve diğer kardiyak ölçümleri gerçek zamanlı olarak izler. 2020’nin sonlarında, Philips BioTelemetry’i 2,8 milyar dolarlık bir anlaşmayla satın aldı.

Sonuç

Giyilebilir teknoloji pazarı hızla büyüyor ve 2026 yılına kadar 118 milyar doları aşması öngörülüyor. Sonuçta, giyilebilir cihazlar fitness, eğitim, eğlence, seyahat ve moda gibi geniş bir sektör yelpazesine giriyor. 

Bununla birlikte, sağlık endişelerinin artmasıyla birlikte, giyilebilir cihazlar alışkanlıklarımız, sağlığımız ve yaşamlarımız üzerinde özellikle anlamlı bir etki yaratıyor. Bu cihazlar giderek daha karmaşık hale gelmekte olsa da, batarya sorunu çözülmesi gereken bir konudur.

Buradan görebileceğimiz gibi, giyilebilir cihazların ömrünü uzatmak ve kanser gibi hastalıklarla mücadele etmelerini sağlamak için çalışmalar yürütülüyor. Gelecekte, teknoloji ilerlemeleri ve araştırmalar, giyilebilir cihazların kişiselleştirilmiş bakım sunma ve hasta sonuçlarını önemli ölçüde iyileştirme konularında daha da iyi olmasına yardımcı olacaktır.

Yatırım yapabileceğiniz en iyi giyilebilir sağlık izleme şirketlerinin listesi için buraya tıklayın.