Исследователи Оксфордского университета сделали значительный шаг к созданию миниатюрных мягких батарей для использования в различных биомедицинских приложениях, включая дефибрилляцию и стимуляцию сердечных тканей. Работа опубликована в журнале Nature Chemical Engineering.
Разработка крошечных интеллектуальных устройств, размером меньше нескольких кубических миллиметров, требует столь же малых источников питания. Для минимально инвазивных биомедицинских устройств, взаимодействующих с биологическими тканями, эти источники питания должны быть изготовлены из мягких материалов.
В идеале они также должны обладать такими характеристиками, как высокая емкость, биосовместимость и биоразлагаемость, активируемая активация и возможность дистанционного управления. На сегодняшний день не существует батареи, которая могла бы одновременно удовлетворять всем этим требованиям.
Чтобы удовлетворить эти требования, исследователи с химического факультета и фармакологического факультета Оксфордского университета разработали миниатюрную мягкую литий-ионную батарею, изготовленную из биосовместимых капель гидрогеля.
Сборка с поддержкой поверхностно-активного вещества (сборка с помощью мылоподобных молекул), метод, о котором та же группа сообщила в прошлом году в журнале Nature , используется для соединения трех микромасштабных капель объемом 10 нанолитров. Различные литий-ионные частицы, содержащиеся на каждом из двух концов, затем генерируют выходную энергию.
«Наша капельная батарея активируется светом, перезаряжается и биоразлагаема после использования. На сегодняшний день это самая маленькая литий-ионная батарея на основе гидрогеля, обладающая превосходной плотностью энергии», — говорит доктор Юцзя Чжан (кафедра химии Оксфордского университета), ведущий исследователь и начинающий доцент Федеральной политехнической школы Лозанны.
«Мы использовали капельную батарею для питания движения заряженных молекул между синтетическими клетками и для управления биением и дефибрилляцией сердец мышей. Благодаря включению магнитных частиц для управления движением батарея также может функционировать как мобильный носитель энергии».
Опытные испытания на сердце были проведены в лаборатории профессора Мин Лея (отделение фармакологии), старшего электрофизиолога по сердечным аритмиям. Он сказал: «Сердечная аритмия является основной причиной смерти во всем мире. Наше опытное применение на животных моделях демонстрирует захватывающее новое направление беспроводных и биоразлагаемых устройств для лечения аритмий».
Профессор Хаган Бейли (кафедра химии), руководитель исследовательской группы, работающей над исследованием, сказал: «Крошечная мягкая литий-ионная батарея является самой сложной в серии микромасштабных источников питания, разработанных доктором Чжаном, и открывает фантастическое будущее для биосовместимых электронных устройств, которые могут работать в физиологических условиях».
Исследователи подали заявку на патент через Oxford University Innovation. Они предполагают, что крошечная универсальная батарея , особенно актуальная для небольших роботов для биоприложений, откроет новые возможности в различных областях, включая клиническую медицину.
