В университете Тяньцзинь в Китае группа ученых представила свою разработку – инновационные имплантируемые батареи, способные извлекать энергию напрямую из кислорода в человеческом организме, передает издание ““.
Это открытие может значительно изменить подход к использованию медицинских устройств, таких как кардиостимуляторы и нейростимуляторы, которые сегодня зависят от внешних источников энергии и требуют регулярной замены через инвазивные хирургические вмешательства.
Для создания безопасной и эффективной батареи исследователи использовали электроды из натриевого сплава и нанопористого золота – материал с пористой структурой, размер пор которой в тысячи раз меньше диаметра волоса. Золото известно своей совместимостью с организмами, а натрий является важным элементом в человеческом теле.
Электроды вступают в химическую реакцию с кислородом в организме, преобразуя его в электричество. Для защиты батареи исследователи поместили ее в пористую полимерную пленку, которая мягкая и гибкая. После имплантации батареи под кожу на спинах крыс они измерили ее электрический выход. Через две недели было установлено, что батарея способна обеспечивать стабильное напряжение от 1,3 В до 1,4 В с максимальной мощностью в 2,6 мкВт/см2. Хотя эта мощность пока недостаточна для питания медицинских устройств, эксперимент показал, что использование кислорода в организме для извлечения энергии возможно.
Кроме того, ученые оценили воспалительные реакции, метаболические изменения и регенерацию тканей вокруг батареи. У крыс не проявились признаки воспаления. Продукты химических реакций батареи, такие как ионы натрия и гидроксидные ионы, были легко обработаны организмом, не оказывая воздействия на почки и печень. Ткани вокруг имплантированной батареи успешно заживали, а шерсть на спинах крыс полностью отросла через четыре недели.
Исследователей удивило то, что вокруг батареи начала регенерироваться сосудистая сеть. Это обнаружение может иметь важное значение, поскольку означает, что батарея может помочь отслеживать процессы заживления ран. В дальнейших планах команды – увеличение энергетической эффективности батареи путем изучения более эффективных материалов для электродов и оптимизации структуры и дизайна устройства.
