Сензорите за измерване на жизнените функции, електродите за дълбока мозъчна стимулация при лечение на болестта на Паркинсон и сърдечните пейсмейкъри изискват източници на захранване, които са едновременно надеждни и компактни. Но тъй като батериите изискват специфичен капацитет за съхранение на енергия, има ограничения за това колко малки могат да бъдат.
Учени от Техническия университет в Мюнхен (TUM) и Масачузетския технологичен институт (MIT) са разработили глюкозна горивна клетка с дебелина само 400 нанометра. Тази глюкозна горивна клетка генерира електричество, използвайки телесната захар като енергиен източник за медицински импланти.
„Вместо да използваме батерия, която представлява 90 процента от обема на импланта, нашето устройство може да бъде монтирано като тънък филм върху силициев чип или може би в бъдеще дори на повърхността на самия имплант”, обяснява Дженифър Руп (Jennifer Rupp), професор по химия на електролити в твърдо състояние в TUM.
Глюкозната горивна клетка се състои от катод, анод и електролитен слой. Глюкозата от организма се превръща в глюконова киселина, която освобождава протони на анода. Тези протони се пренасят през горивната клетка от електролита до катода, където се рекомбинират с въздуха, за да произвеждат водни молекули. Електроните преминават през външна електрическа верига, за да захранват електронното устройство.
„Използването на глюкозни горивни клетки като източник на енергия не е новост: Предишните устройства са използвали пластмасов електролитен слой. Тъй като пластмасовите материали не са съвместими с обичайните производствени процеси в полупроводниковата индустрия, е трудно да се прилагат към най-съвременните силициеви чипове в медицински импланти. За това са необходими твърди материали. Друг недостатък на електролитите на пластмасова основа е, че полимерите, съставени от пластмасата, понякога се повреждат при стерилизиране на имплантите", разказва д-р Филип Саймънс (Philipp Simons) от Масачузетския технологичен институт.
Затова учените са използвали керамични електролити за новата си горивна клетка. Керамиката е лесна за миниатюризиране и интегриране в силициев чип и е биосъвместима. Освен това може да издържи на високи температури.
Учените създават 150 глюкозни горивни клетки на чип. Те монтират клетките върху силициеви пластини, което предполага, че устройството може да се комбинира с конвенционален полупроводников материал. След това оставят разтвор на глюкоза да тече върху подложката.
Много от клетките генерират пиково напрежение от приблизително 80 миливолта, достатъчно за захранване например за сензори и много други електронни устройства за импланти. Като се има предвид минимален размер на всяка клетка, това е най-високата плътност на мощността на всеки дизайн на глюкозни горивни клетки досега.
„За първи път успешно протонната проводимост в електрокерамичните материали превръща глюкозата в електричество", коментира Руп.
Справка: Philipp Simons, Steven A. Schenk, Marco A. Gysel, Lorenz F. Olbrich, Jennifer L.M. Rupp: A Ceramic-Electrolyte Glucose Fuel Cell for Implantable Electronics, Advanced Materials, April 2022. DOI: 10.1002/adma.202109075
Източник: Introd, ucing a glucose fuel cell that converts sugar into electricity, ТechЕxplorist
Още по темата
Човекът
Древен хирургически имплант или съвременна фалшификация? Черепът от Перу остава загадка
Технологии
Създаден е имплантируем чип за ваксинация срещу COVID-19 (видео)
Медицина
Прототипите на импланти на стволови клетки проправят пътя към доживотно лечение на диабет тип 1
Коментари
Моля, регистрирайте се от TУК!
Ако вече имате регистрация, натиснете ТУК!
Няма коментари към тази новина !
Последни коментари