Является ли наше тело батареей будущего?

Вдохновение от исследователя MIT, который собирает энергию из самого тела

Крис Гилберт, доктор медицины и Канан Дагдвирен, доктор философии

Источник: Крис Гилберт, доктор медицинских наук, доктор философии.

18 сентября 2018 года я проснулся очень взволнованным. У нас с мужем была назначена встреча в 9:00 в Массачусетском технологическом институте в Кембридже, чтобы взять интервью у доктора Canan Dagdeviren. Будучи из Парижа, Франция, я никогда не был в MIT, но всегда мечтал посетить его. В тот день моя мечта осуществилась. Я был в восторге.

• Действительно ли фигура песочных часов сигнализирует о фертильности?
• Яркий световой экспозиции для подавленного настроения
• Гендерные роли Элизабет Тюдор и Мэри Стюарт
• Нападение на Самость
• Странная связь между вегетарианством и депрессией

После короткой поездки на такси (короткого расстояния, но долгого времени, потому что движение было интенсивным), мы с мужем Эриком прибыли в большое современное здание. Над входной дверью была большая табличка с надписью «Массачусетский технологический институт». Мое сердце билось от волнения. Мы с мужем поднялись по лестнице, ведущей к входной двери, и в холле меня встретила молодая, худая, красивая брюнетка с длинными волосами и поразительно яркими карими глазами, одетая в красно-белый топ поверх белых штанов. Она широко улыбнулась и, протянув правую руку, сказала: «Я – Канан Дагдвирен, добро пожаловать в Массачусетский технологический институт!»

Поднявшись на лифте на 4 этаж, мы последовали за ней в ее просторный кабинет.

«Мой офис украшен турецкими украшениями, которые напоминают мне о моей семье и моей родной стране», – с гордостью сказал Джанан. Действительно, на стене над ее столом лежал очень старый ковер ручной работы.

• Почему женщинам трудно чувствовать себя хорошо о себе
• Реакция на многоженство по признаку пола
• 4 способа предотвратить плохой стресс во время беременности
• Почему нам нужна революция дружбы
• Пересечение границы: расстройство пищевого поведения в полном выздоровлении

«Этот ковер – подарок моей двоюродной бабушки. Ей несколько сотен лет, и все ее цвета созданы из цветов. Чтобы защитить его, я поместил его в вакуумную рамку, – добавил Кэнан с улыбкой, затем проводил нас по коридору. «Теперь позвольте мне показать вам мою лабораторию. Я сделал его по индивидуальному заказу с прозрачными стенами ». Мы вышли на большую территорию с прозрачными желтоватыми стенами.

Кенан Дагдевирен, доктор философии, перед ее изготовленной на заказ прозрачной желтой лабораторией

Источник: Canan Dagdeviren, используется с разрешения

«Когда я был доктором философии Я учился в исследовательской группе, где доминировали мужчины. Я задавал много практических вопросов, например, как вы справляетесь с пластинами (тонкими кусочками полупроводникового материала), не разбивая их, как вы смешиваете полимеры, как соединяются ваши устройства и т. д., но мой мужчины-лаборанты устали от моих вопросов и перестали отвечать на них, поэтому я проводил бесчисленные часы с утра до ночи в течение нескольких месяцев в лабораториях, наблюдая за работой опытных исследователей. К сожалению, стены лабораторий не были прозрачными, поэтому мне приходилось одеваться каждый раз, когда я хотел попасть в стерильные лаборатории. Я пообещал себе, что, когда у меня будет собственная лаборатория, у нее будут прозрачные стены, изготовленные на заказ, чтобы студенты, подобные мне, могли учиться, наблюдая за опытными исследователями из-за пределов лаборатории, не спрашивая никаких разрешений или не надевая одежду, чтобы попасть в стерильную лабораторию. среда. Я сдержал свое обещание, и в прошлом году мне построили лабораторию моей мечты. На создание новой лаборатории от проектирования до строительства ушло 9 месяцев. Стены имеют желтый оттенок, так что ультрафиолетовый свет не может проникнуть через прозрачные стены (полимеры, с которыми я работаю, могут стать неактивными, если на них попадет ультрафиолетовый свет), а в потолке имеются всасывающие устройства для фильтрации частиц пыли, сохраняя лаборатория под отрицательным давлением. Это делает мою лабораторию очень чистым местом, чтобы моя работа была максимально точной ».

Исследовательская команда Canan Dagdeviren

Источник: Canan Dagdeviren, используется с разрешения

Я никогда не видел лабораторию с прозрачными желтыми стенами, и было действительно интересно наблюдать за работой исследователей извне. Интервью с Кананом было очень хорошим началом. Я спросил ее о ее личной жизни и о ее детстве. Что побудило ее приехать в Соединенные Штаты? Почему она изучала материаловедение и технику? Каковы были ее мечты? Затем я попросил ее описать различные проекты, над которыми она работала.

Вдохновляющая история молодой девушки в Турции

В 5 лет Канан, которая уже интересовалась наукой, хотела увидеть атомы и для этого разбивала камни в своем родном городе в Турции. Когда отец Канана, который был бухгалтером, увидел, как Канан разбивает камни, он объяснил ей, что люди не могут видеть атомы невооруженным глазом, но для этого нужен электронный микроскоп.

Несколько лет спустя отец Канана подарил Канану книгу о Мари и Пьере Кюри, книгу, которая навсегда изменила жизнь Канана. В этой книге Пьер Кюри продемонстрировал, что электрический потенциал генерируется, когда кристаллы сжимаются, а позже, что верно и обратное, кристаллы могут менять форму при приложении к ним электрического поля. Пьер Кюри открыл пьезоэлектричество (электричество, возникающее в результате сжатия или давления) в 1880 году, а Канан, читая о пьезоэлектричестве, обнаружил страсть своей жизни. Что если она сможет собрать электричество, производимое сокращением сердца и других мышц тела, и использовать это электричество для питания механических устройств?

Воодушевленная своей новой страстью, Канан решила изучать физику в Анкаре, а затем материаловедение и инженерию в Стамбуле.

Покинув Турцию, чтобы учиться в Гарварде, она получила стипендию Фулбрайта для получения степени доктора философии. программа в университете штата Иллинойс в Урбана-Шампейн в 2009 году.

Доктор философии Консультант рекомендовал ей поработать над углеродными нанотрубками, но она отказалась. Она хотела работать на пьезоэлектрических материалах. То, что она хотела сделать, было настолько новым, что никто не мог наставлять ее. Это не остановило ее. Она сама будет наставником. Она успешно защитила докторскую диссертацию. в университете штата Иллинойс, затем докторантуру в Массачусетском технологическом институте.

Четыре года назад комиссия по обзору технологий MIT выбрала 35 лучших новаторов года, которым не исполнилось 35 лет. В свои 29 лет Канан был одним из новаторов года.

С тех пор Канан опубликовал восемь исследований (см. Список литературы), открывая двери для крупных открытий.

В этом году мэр муниципалитета Стамбула Авджилар назвал имя Канана 22-этажным зданием в Авциларе, регионе европейской части Стамбула. 28 октября 2018 года Канан находился в Стамбуле на открытии общежития студенческой девушки Канан Дагдевирен, способного принять 770 студенток колледжа.

Над какими проектами сейчас работает Канан, и почему она выбрала их?

Пять главных проектов доктора Канана Дагдвирена:

Проект № 1:

Поскольку дедушка Канана умер в 28 лет от сердечной недостаточности, Канан работает над проектом, который может спасти жизни схожих пациентов с сердцем.

Используя тот факт, что каждый раз, когда мы двигаем ногами, руками, пальцами и т. Д., Мы генерируем энергию, Канан работает над созданием гибких заплат, которые можно прикрепить к одежде, чтобы собрать эту энергию и сохранить ее. Это пьезоэлектрическая энергия, в которую Канан влюбилась, когда прочитала о Пьере Кюри.

Устройство сбора энергии от каждого движения сердца

Источник: Canan Dagdeviren, используется с разрешения

Наши конечности не единственные движущиеся; наше сердце, легкие и диафрагма тоже двигаются. Каждый раз, когда наше сердце бьется (наше сердце бьется 40 миллионов раз в год), каждый раз, когда наши легкие дышат, каждый раз, когда наша диафрагма движется, они тоже генерируют энергию. Канан работает с инженерами-механиками из Университета Аризоны, чтобы установить гибкие силиконовые имплантаты на сердце крупного рогатого скота и овцы, чтобы собирать энергию от сердцебиения и использовать эту энергию, например, для питания кардиостимулятора. В настоящее время у кардиостимуляторов есть аккумулятор, который необходимо регулярно менять. Это требует хирургического вмешательства каждый раз, когда необходимо заменить батарею. В будущем, энергия, полученная от наших сердцебиений, может быть сохранена и питать не только кардиостимуляторы, но и наши электронные носимые устройства, такие как Fitbits.

Проект № 2:

Поскольку бабушка Канана умерла от рака молочной железы, и потому что любимая тетя Канана умерла два года назад в возрасте 50 лет после короткого 8-месячного сражения с раком молочной железы, Канан решил найти способ обнаружить рак молочной железы на ранней стадии.

Учитывая возросшую частоту диагностики рака молочной железы у женщин, у Канана есть два вопроса:

Какие изменения в ткани молочной железы приводят к раку молочной железы?

Могут ли эти изменения быть обнаружены на очень ранней стадии, позволяющей проводить лечение на ранней стадии?

Чтобы ответить на эти вопросы, Canan работает над созданием гибких, растягиваемых, носимых или прикрепляемых ультразвуковых пластырей, которые можно помещать в бюстгальтеры или непосредственно на грудь, чтобы женщины были предупреждены, как только произошли заметные необъяснимые изменения в их грудь. Создавая постоянный УЗИ молочной железы, Канан надеется обнаружить продромальные изменения, ведущие к раку молочной железы, еще до того, как рак начнется, что позволит начать лечение на ранней стадии, чтобы в будущем ни одна женщина больше не умерла от рака молочной железы.

Проект № 3:

Поскольку жена дяди Канана умерла в 38 лет от смертельной формы рака мозга, называемой мультиформной глиобластомой, Канан работает над технологией, которая может обнаруживать ранние изменения в мозге и может доставлять лекарства непосредственно в ту часть мозга, которая больна, так В будущем люди могут лечиться и переживать такие виды рака.

Чтобы достичь цели раннего выявления аномальной активности нейронов, Canan создает гибкие, тонкие волосы (диаметром 200 микрон) датчики, которые можно размещать непосредственно внутри мозга через направляющую трубку из нержавеющей стали. Canan называет эти MiNDS (миниатюрные нейрональные системы доставки лекарств). Она также надеется обнаружить, с помощью изменений в нейрональной активности, поведенческие дисфункции и дисфункции настроения, как только они начнутся.

Канан также работает над болезнью Паркинсона, используя мышей, пораженных болезнью Паркинсона, для инъекции пиколитров лекарственного средства непосредственно в Substancia Nigra (область мозга, пораженная болезнью Паркинсона). Лекарственное средство помещается в небольшой резервуар под кожей у основания шеи, и насос доставляет лекарственное средство в мозг благодаря контролю обратной связи, связанному с датчиком. Уникальное свойство сенсоров для тонких волос состоит в том, что они настолько гибки, что двигаются одновременно с органом, в который они имплантированы, не повреждая его. Эти иглы очень отличаются от игл, используемых в настоящее время для глубокой стимуляции мозга (DBS), которые очень громоздки.

В будущем Канан надеется использовать те же устройства для химиотерапии в других органах, которые трудно достичь, такие как поджелудочная железа.

Проект № 4:

Canan создает ткань, в которую встроено несколько датчиков с целью измерения изменений давления и объема в теле или части тела. Канан надеется применить это к детской одежде, чтобы эти датчики могли мгновенно обнаружить любое нарушение дыхания или пищеварения у спящего ребенка и предупредить родителей, если ребенок перестанет дышать или если у ребенка будут аномальные движения живота.

Канан также надеется применить эту ткань с датчиками к одежде беременных женщин, чтобы они могли сразу определить, движется ли плод меньше, чем обычно, или даже останавливает все движения. Это может спасти жизнь детей.

Проект № 5:

Получив представление о турецких коврах, которые свернуты для транспортировки и развернуты при прибытии в пункт назначения, Canan создает желудочно-кишечное устройство, которое будет плоским и длинным, как турецкие ковры. Это устройство можно свернуть как ковер и поместить в растворимую капсулу, которую можно проглотить. Затем устройство разворачивается, когда капсула растворяется, и прикрепляется к слизистой оболочке желудка для измерения pH желудка, анализа движений желудка и, возможно, сбора энергии от сокращений желудка. Это создает что-то вроде Fitbit для желудка.

О чем мечтает доктор Канан Дагдвирен?

Мечта Канана – понять, что происходит внутри организма на клеточном и молекулярном уровне, и при этом быть способным спасти жизни людей.

Каков точный механизм продромальной стадии рака или начала болезни Паркинсона?

Как насчет депрессии? Что происходит в нейронах непосредственно перед тем, как люди впадают в депрессию или беспокойство? Есть ли изменение температуры на месте? Если да, насколько велико и значимо это изменение температуры? Есть ли смерть нейронов? Как это можно использовать для предотвращения расстройств настроения?

Канан говорит: «Космонавтам пришлось отправиться в космос, чтобы понять вселенную; Точно так же единственный способ понять тело – это войти во внутреннее пространство ». Для этого она говорит, что инженеры необходимы для создания носимых, имплантируемых, прикрепляемых крошечных датчиков, а нейробиологи, психологи и врачи должны сотрудничать с инженерами.

Можем ли мы пойти дальше?

С помощью инженеров, сможем ли мы когда-нибудь не только вылечить болезнь, но и создать сверхчеловека? С помощью нескольких имплантов в нашем теле, можем ли мы контролировать свои эмоции, улучшать память, силу сердца, пищеварение, фертильность и мышечную силу?

Будущее покажет…

Я закончил собеседование, спросив Канан, какое послание она хотела дать студентам.

Послание доктора Канана Дагдвирена студентам

“Следуй за своими желаниями. Если люди говорят вам, что то, что вы хотите сделать, невозможно, не слушайте их. Люди говорили мне, что то, что я хотел сделать, было невозможно, но я отвечал им, что меня зовут Canan, который начинается с «Can», поэтому я «могу» это сделать. Кроме того, не пытайтесь быть впечатляющим просто ради этого. Важно то, что ваш проект придает смысл вашей жизни. Если вы довольны своим проектом, он будет эффективным ».

Учитывая сообщение Канана студентам, вот мой вопрос к вам :

Какая твоя страсть в жизни? Хотели ли вы что-нибудь сделать в детстве, и люди сказали вам не делать этого? Будет ли работа над этим новым проектом придать смысл вашей жизни и сделать вас счастливым?

Рекомендации

https://www.annualreviews.org/doi/abs/10.1146/annurev-bioeng-071516-044517

http://stm.sciencemag.org/content/10/425/eaan2742.short

https://www.nature.com/articles/s41551-017-0140-7

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2352431616301092

http://science.sciencemag.org/content/354/6316/1109.1.summary

http://rspa.royalsocietypublishing.org/content/472/2194/20160225

https://www.nature.com/articles/nmat4289

https://www.ideals.illinois.edu/handle/2142/73068