Cảm biến sinh học

Siêu tụ điện ăn được: Tương lai của thiết bị điện tử có thể nuốt

Siêu tụ điện ăn được là gì?

Siêu tụ điện ăn được là một loại linh kiện điện mới có thể lưu trữ năng lượng. Không giống như các siêu tụ điện thông thường được làm từ vật liệu như nhôm hoặc graphene, siêu tụ điện ăn được làm từ các thành phần thực phẩm như phô mai, trứng, gelatin và đồ uống thể thao Gatorade.

Siêu tụ điện ăn được được tạo ra như thế nào?

Để chế tạo một siêu tụ điện ăn được, các nhà nghiên cứu trộn lòng trắng trứng với các hạt carbon, sau đó thêm nước và thêm lòng trắng trứng. Họ phủ hỗn hợp lên một miếng giấy bạc vàng ăn được. Sau đó, họ xếp chồng một lát phô mai và một tấm gelatin với giấy bạc vàng phủ trứng và carbon. Phía trên cùng, họ thêm một miếng rong biển khô vuông đã được ngâm với các giọt đồ uống tăng lực. Họ xếp thêm nhiều lớp vật liệu như vậy và hàn kín chúng bằng máy hàn.

Ứng dụng của siêu tụ điện ăn được

Siêu tụ điện ăn được có nhiều ứng dụng tiềm năng trong lĩnh vực y học. Ví dụ, chúng có thể được sử dụng để cung cấp năng lượng cho các camera siêu nhỏ có thể nuốt vào để tiến hành các xét nghiệm nội soi đường tiêu hóa. Chúng cũng có thể được sử dụng để cung cấp một số chất dinh dưỡng hoặc thuốc nhất định đến các khu vực cụ thể của ruột.

Ưu điểm của siêu tụ điện ăn được

Siêu tụ điện ăn được có một số ưu điểm so với các thiết bị điện tử có thể nuốt truyền thống. Đầu tiên, chúng hoàn toàn không độc hại. Thứ hai, chúng không cần phải được thải ra khỏi đường tiêu hóa, đây là một ưu điểm đối với những bệnh nhân gặp khó khăn khi nuốt thuốc. Thứ ba, chúng có thể được chế tạo rất nhỏ, giúp dễ nuốt hơn.

Những thách thức và định hướng tương lai

Một trong những thách thức đối với việc phát triển siêu tụ điện ăn được là kích thước của chúng. Ở thời điểm hiện tại, các thiết bị này có kích thước bằng một gói tương ớt. Các nhà nghiên cứu đang nỗ lực phát triển các thiết bị nhỏ hơn có thể dễ dàng nuốt hơn.

Một thách thức khác là nhu cầu phát triển những siêu tụ điện ăn được có thể hoạt động trong thời gian dài hơn. Các thiết bị hiện tại chỉ có thể hoạt động trong vài giờ, nhưng các nhà nghiên cứu đang nỗ lực phát triển những thiết bị có thể hoạt động trong nhiều ngày hoặc thậm chí nhiều tuần.

Mặc dù có những thách thức này, nhưng siêu tụ điện ăn được có tiềm năng cách mạng hóa lĩnh vực thiết bị điện tử có thể nuốt. Chúng có nhiều ưu điểm so với các thiết bị truyền thống và các nhà nghiên cứu đang đạt được tiến bộ trong việc khắc phục những thách thức đối với việc phát triển chúng.

Thông tin bổ sung

Nghiên cứu về siêu tụ điện ăn được đã được công bố trên tạp chí Advanced Materials Technologies.
Nhóm nghiên cứu được dẫn dắt bởi Giáo sư Hanqing Jiang của Đại học bang Arizona.
Siêu tụ điện ăn được đã được chứng minh là có hiệu quả trong việc tiêu diệt vi khuẩn E. coli.
Siêu tụ điện ăn được có thể được sử dụng để cung cấp thuốc đến các khu vực cụ thể của ruột.
Siêu tụ điện ăn được vẫn đang trong giai đoạn phát triển, nhưng chúng có tiềm năng cách mạng hóa lĩnh vực thiết bị điện tử có thể nuốt.

Tổng quan về thiết bị

Các nhà nghiên cứu đã phát triển một thiết bị đột phá có thể nhanh chóng phát hiện SARS-CoV-2, loại virus gây ra COVID-19, trong không khí chỉ trong vòng năm phút. Máy dò thử nghiệm ý tưởng này có khả năng cách mạng hóa cách chúng ta theo dõi và quản lý các loại virus lây truyền trong không khí ở những nơi công cộng.

Thiết bị này, được gọi là máy lấy mẫu khí dung lốc xoáy ướt, sử dụng thiết kế độc đáo lấy cảm hứng từ một thiết bị trước đây được sử dụng để phát hiện protein trong não của bệnh nhân Alzheimer. Nó hút không khí với tốc độ 1.000 lít mỗi phút, xoáy nó như một cơn lốc xoáy để giữ các hạt virus trong dung dịch lỏng.

Cơ chế phát hiện

Sau năm phút, một cảm biến sinh học được tạo thành từ một điện cực gắn với nano, protein hệ thống miễn dịch có nguồn gốc từ lạc đà, được sử dụng để phân tích dung dịch. Các nano này có ái lực đáng kể đối với protein gai của virus corona, cho phép chúng phát hiện sự hiện diện của virus.

Sau đó, một dòng điện được truyền qua cảm biến, khiến các protein gai mất electron. Khi một cảm biến thứ hai phát hiện ra sự thay đổi này, thiết bị sẽ xác nhận sự hiện diện của SARS-CoV-2.

Độ chính xác và ứng dụng

Trong một nghiên cứu được công bố trên Nature Communications, các nhà nghiên cứu đã chứng minh rằng thiết bị này có độ chính xác từ 77 đến 83 phần trăm trong việc phát hiện bất kỳ biến thể nào của coronavirus trong không khí. Nó cũng có thể phát hiện thành công virus trong căn hộ của hai bệnh nhân dương tính với COVID chỉ trong vòng năm phút.

Thiết bị này có thể có nhiều ứng dụng trong y tế và sức khỏe cộng đồng. Nó có thể được sử dụng để quét virus ở bệnh viện, trung tâm mua sắm, sân bay và những nơi công cộng khác, giúp xác định các khu vực có nguy cơ cao và đưa ra các biện pháp kiểm soát lây nhiễm.

Chi phí và triển vọng tương lai

Chi phí hiện tại để chế tạo thiết bị trong phòng thí nghiệm ước tính từ 1.400 đến 1.900 đô la. Tuy nhiên, các nhà nghiên cứu tin rằng với sự phát triển hơn nữa, máy dò kích thước bằng lò vi sóng có thể được thiết kế để quét các loại vi rút lây truyền trong không khí khác.

Nhóm nghiên cứu hiện đang khám phá khả năng phát hiện cúm, RSV và các mầm bệnh khác sử dụng cùng một công nghệ. Họ tin rằng thiết bị này có khả năng cách mạng hóa cách chúng ta theo dõi và quản lý các loại virus lây truyền trong không khí, góp phần cải thiện sức khỏe cộng đồng.

Các tính năng và lợi ích bổ sung:

Thiết bị được thiết kế nhỏ gọn và dễ sử dụng, cho phép triển khai nhanh chóng trong nhiều bối cảnh khác nhau.

Cung cấp khả năng phát hiện thời gian thực, loại bỏ nhu cầu xét nghiệm PCR mất nhiều thời gian.

Cảm biến dựa trên nano có độ nhạy và độ đặc hiệu cao, cho phép nhận dạng vi-rút chính xác.

Quỹ đạo hạt giống như lốc xoáy đảm bảo bắt giữ hiệu quả các hạt virus trong không khí.

Chi phí thấp của thiết bị giúp việc triển khai rộng rãi trong các không gian công cộng trở nên khả thi.

Siêu tụ điện ăn được: cuộc cách mạng trong lĩnh vực thiết bị điện tử có thể nuốt