Учёные Оксфордского университета сделали значительный шаг в разработке миниатюрных мягких батарей для использования в различных биомедицинских приложениях, включая дефибрилляцию и стимуляцию сердечных тканей. Работа опубликована в журнале Nature Chemical Engineering.
Разработка 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 ёмкость, биосовместимость и биоразлагаемость, контролируемая активация и возможность дистанционного управления. На сегодняшний день не существует батареи, которая могла бы одновременно удовлетворять всем этим требованиям.
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, — метод, о котором та же группа сообщила в прошлом году в журнале Nature, используется для соединения трёх микромасштабных фрагментов объёмом 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. 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.
Доктор Юцзя Чжан (кафедра химии Оксфордского университета), ведущий исследователь и доцент Федеральной политехнической школы Лозанны
Yujia Zhang
Опытные испытания на сердце были проведены в лаборатории профессора Мин Лея из отделения фармакологии, старшего электрофизиолога по сердечным аритмиям. Он сказал: «Сердечная аритмия является основной причиной смерти во всём мире. Наше опытное применение на животных моделях демонстрирует новое направление беспроводных и биоразлагаемых устройств для лечения аритмий».
Исследователи подали заявку на патент через Oxford University Innovation. Они предполагают, что разработка, особенно актуальная для небольших роботов для биомедицинских задач, откроет новые возможности в различных областях, включая клиническую медицину.