Захранването на медицинските импланти може да бъде трудно, но използването на собствения източник на гориво на тялото може да ги поддържа в дългосрочен план. Нов дизайн за малка горивна клетка превръща глюкозата в електричество за захранване на имплантите по-ефективно от всеки друг досега.
Импланти като пейсмейкъри може да се наложи да работят в продължение на десетилетия, така че те се нуждаят от стабилно снабдяване с електричество, а кабелите не могат просто да преминат през кожата на пациента. Батериите може да са очевидното решение, но смяната им изисква операция. Дори и с новия напредък в безжичното зареждане извън тялото, батериите добавят твърде много обем за устройства, които трябва да бъдат възможно най-малки и леки.
В идеалния случай имплантите биха били снабдени с устройства, които могат да генерират собствена енергия и какъв по-добър източник на енергия от обилния, използван от нашите собствени клетки? Глюкозните горивни клетки, които преобразуват химическата енергия на кръвната захар в електрическа енергия, се разработват от десетилетия, но те все още имат няколко пречупвания за изглаждане. И сега, ново устройство от изследователи от MIT и Техническия университет в Мюнхен може да има някои отговори.
Структурата на новата горивна клетка е почти същата като на съществуващите, състояща се от анод, електролит и катод. Анодът реагира с глюкозата в телесните течности, произвеждайки глюконова киселина, процес, който освобождава два протона и два електрона. Електролитът отстранява протоните, където те се смесват с въздуха и се превръщат в безвредни водни молекули. Междувременно електроните се събират във верига, където след това могат да се използват за захранване на имплантирано устройство.
През повечето време електролитите в глюкозните горивни клетки са направени от полимери, но за тяхното устройство изследователите са използвали нов материал – церия, здрава, стабилна керамика, която провежда добре протоните и е била използвана за същата работа във водородните горивни клетки. . Електродите са направени от платина, която реагира силно с глюкоза.
Последните клетки бяха малки – около 300 микрометра широки и едва 400 нанометра дебели. За да ги тестват, изследователите произведоха 150 от тях върху силициеви пластини, наляха разтвор на глюкоза върху тях и измериха електрическата им мощност.
Горивните клетки произвеждат пикови напрежения от около 80 миливолта, което се равнява на около 43 микровата на кв. см. Екипът казва, че това е най-високата плътност на мощността на всички глюкозни горивни клетки, направени досега, и е достатъчна за захранване на имплантируеми устройства.
В допълнение към високата си производителност, керамичният материал му помага да издържи по-дълго и да издържа на високите температури на стерилизация преди имплантиране. Изследователите казват, че тези горивни клетки могат да бъдат направени в тънкослойни покрития, които се увиват около имплантите, за да ги захранват.
Изследването е публикувано в списанието Усъвършенствани материали.
Източник: MIT
Публикациите се превеждат автоматично с google translate
