Chem: Имплантируемые батареи могут работать на собственном кислороде организма

Имплантируемые медицинские устройства — от кардиостимуляторов до нейростимуляторов — полагаются на батарейки, чтобы поддерживать сердце в ритме и гасить боль. Но батареи со временем разряжаются, и для их замены требуются инвазивные операции.

Чтобы решить эти проблемы, ученые из Китая разработали имплантируемую батарею, которая работает на кислороде в организме. Исследование, опубликованное 27 марта в журнале Chem, демонстрирует на крысах, что концептуальная разработка может обеспечивать стабильную энергию и совместима с биологической системой.

Если задуматься, кислород — это источник нашей жизни, — говорит автор работы Ксижэнь Лю, специализирующийся на энергетических материалах и устройствах в Тяньцзиньском технологическом университете.

Если мы сможем использовать непрерывное поступление кислорода в организм, срок службы батареи не будет ограничен ограничен ограниченными материалами обычных батарей.

Чтобы создать безопасную и эффективную батарею, исследователи изготовили электроды из сплава на основе натрия и нанопористого золота — материала с порами в тысячи раз меньше ширины волоса. Золото известно своей совместимостью с живыми системами, а натрий — важный и повсеместно распространенный элемент в человеческом организме. Электроды вступают в химические реакции с кислородом в организме и вырабатывают электричество. Чтобы защитить батарею, исследователи заключили ее в пористую полимерную пленку, которая отличается мягкостью и гибкостью.

Затем исследователи имплантировали батарею под кожу на спине крыс и измерили выработку электричества. Спустя две недели они обнаружили, что батарея способна вырабатывать стабильное напряжение в диапазоне от 1,3 до 1,4 В, а максимальная плотность мощности составляет 2,6 мкВт/с м² . Хотя мощности недостаточно для питания медицинских устройств, конструкция показывает, что использование кислорода в организме для получения энергии возможно.

Команда также оценила воспалительные реакции, метаболические изменения и регенерацию тканей вокруг батареи. У крыс не было обнаружено явного воспаления. Побочные продукты химических реакций батареи, включая ионы натрия, гидроксид-ионы и низкий уровень перекиси водорода, легко метаболизировались организмом и не влияли на почки и печень. Крысы хорошо заживали после имплантации, а шерсть на их спине полностью отрастала через четыре недели. К удивлению исследователей, кровеносные сосуды также регенерировали вокруг батареи.

Мы были озадачены нестабильной выработкой электроэнергии сразу после имплантации, — говорит Лю.

Оказалось, что нужно дать ране время зажить, чтобы кровеносные сосуды восстановились вокруг батареи и снабдили ее кислородом, прежде чем батарея сможет стабильно вырабатывать электричество. Это удивительное и интересное открытие, потому что оно означает, что батарея может помочь в мониторинге заживления ран.

В дальнейшем команда планирует повысить энергоотдачу батареи, изучив более эффективные материалы для электродов и оптимизировав структуру и дизайн батареи. Лю также отметил, что батарею легко масштабировать в производстве, а выбор экономичных материалов может еще больше снизить цену. Батарея, созданная командой, может найти и другое применение, помимо питания медицинских устройств.

Поскольку опухолевые клетки чувствительны к уровню кислорода, имплантация вокруг них батареи, потребляющей кислород, может помочь в борьбе с раковыми опухолями. Также можно преобразовать энергию батареи в тепло, чтобы убить раковые клетки, — говорит Лю.

От нового источника энергии до потенциальных биотерапевтических средств — перспективы этой батареи захватывающие.

Иллюстрация: Chem/Lv et al.

27.03.2024


Подписаться в Telegram



Энергия

JACS: Ученые выяснили, как повысить эффективность фотокатализа
JACS: Ученые выяснили, как повысить эффективность фотокатализа

Фотокаталитическое выделение водорода из ...

Учёные КФУ разработали новые материалы для металл-ионных аккумуляторов
Учёные КФУ разработали новые материалы для металл-ионных аккумуляторов

Учёные Института физики Казанского федеральног...

IEEE Access: Ученые открыли доступ к данным о работе электрических сетей
IEEE Access: Ученые открыли доступ к данным о работе электрических сетей

Исследователи из Национальной лаборатории...

Energy Materials and Devices: Создан тандемный солнечный элемент с КПД более 20%
Energy Materials and Devices: Создан тандемный солнечный элемент с КПД более 20%

Группа исследователей впервые продемонстрирова...

JRSNZ: Ветряные электростанции могут компенсировать выбросы за 2 года
JRSNZ: Ветряные электростанции могут компенсировать выбросы за 2 года

Ветряная электростанция, проработав менее двух...

EGU: В золоте дураков все-таки нашли ценный компонент
EGU: В золоте дураков все-таки нашли ценный компонент

Не зря авиакомпании не разрешают сда...

Acta Astronautica: В открытом космосе можно построить солнечные фермы
Acta Astronautica: В открытом космосе можно построить солнечные фермы

Согласно результатам нового исследования, пров...

Поиск на сайте

Знатоки клуба инноваций


ТОП - Новости мира, инновации

Ученые МИСИС выяснили, как сделать суперконденсаторы ещё круче
Ученые МИСИС выяснили, как сделать суперконденсаторы ещё круче
ACS Nano: Благодаря 3D-печати ученые впервые увидели, как светятся наноструктуры
ACS Nano: Благодаря 3D-печати ученые впервые увидели, как светятся наноструктуры
Как музыка влияет на эмоции дошкольников: открытие психологов МГУ
Как музыка влияет на эмоции дошкольников: открытие психологов МГУ
Исследование МГПУ объясняет, как справиться с одиночеством в мегаполисе
Исследование МГПУ объясняет, как справиться с одиночеством в мегаполисе
Студент из Владивостока придумал товарные ценники на основе электронных чернил
Студент из Владивостока придумал товарные ценники на основе электронных чернил
Microgravity: Полет на Марс может не состояться из-за просроченных лекарств
Microgravity: Полет на Марс может не состояться из-за просроченных лекарств
Археологи СФУ нашли артефакты первых русских поселенцев Красноярска
Археологи СФУ нашли артефакты первых русских поселенцев Красноярска
Горные деревья спасаются от потепления, сползая и поднимаясь по склонам
Горные деревья спасаются от потепления, сползая и поднимаясь по склонам
Transportation Research: Выбросы абразива от поездов вызывают беспокойство
Transportation Research: Выбросы абразива от поездов вызывают беспокойство
Ученые из СПбГУТ отправились в научную экспедицию в Арктику
Ученые из СПбГУТ отправились в научную экспедицию в Арктику
Казанские ученые заявили, что адаптивность молочного скота важнее генетики
Казанские ученые заявили, что адаптивность молочного скота важнее генетики
Звездный магнетизм может указывать на потенциальную обитаемость экзопланеты
Звездный магнетизм может указывать на потенциальную обитаемость экзопланеты
IEEE Access: Актуатор в реабилитационных перчатках восстановит движение пальцев
IEEE Access: Актуатор в реабилитационных перчатках восстановит движение пальцев
Казанский студент намерен разработать умные очки в 3 раза дешевле аналогов
Казанский студент намерен разработать умные очки в 3 раза дешевле аналогов
Учёные предлагают контролировать москитов с помощью генетической селекции
Учёные предлагают контролировать москитов с помощью генетической селекции

Новости компаний, релизы

40% профессионалов предпочитают работать удаленно с дачи
В Нижнем Новгороде проходит Шестой «ЯлФест-2024»
Время разбрасывать камни: ультразвуковая чистка зубов возвращает уверенность в себе
U-NOVUS 2024: технологическое развитие России немыслимо без университетов и инвестиций бизнеса в техпред
В ВГУВТ будут готовить уникальных специалистов на стыке инженерии и экономики для развития водного транспорта