Глюкоза – это больше, чем просто сахар, который мы получаем из продуктов, которые потребляем: это энергия, которая заставляет каждую клетку нашего тела функционировать. А в будущем он также может приводить в действие наши медицинские имплантаты.
На это делают ставку инженеры из Массачусетского технологического института и Мюнхенского технического университета. Они создали топливный элемент нового типа, который преобразует глюкозу в электричество, не превращая ее предварительно в водород. И часто всего 400 нанометров, примерно 1/100 толщины человеческого волоса, и вырабатывает около 43 микроватт электроэнергии на квадратный сантиметр — самая высокая удельная мощность на данный момент.
Новое устройство также прочное, выдерживает температуру до 600 градусов по Цельсию и водонепроницаемое. Другими словами, он также может выдерживать процесс высокотемпературной стерилизации, который требуется для всех имплантируемых устройств при интеграции в медицинский имплантат.
а) Схема керамического глюкозного топливного элемента на основе самонесущей мембраны пористого анода Pt/электролита CeO
2 / плотный платиновый катод.
б) Оптическая фотография чипа топливного элемента, содержащего 30 отдельных устройств топливного элемента с глюкозой.
c) Изображение одиночной самонесущей цериевой мембраны в оптическом микроскопе.
Как устроена «глюкозная клетка»?
Сердце нового устройства изготовлено из керамики — материала, который сохраняет свои электрохимические свойства при высоких температурах и в небольших масштабах. Исследователи полагают, что они смогут создавать ультратонкие пленки, которые можно будет наносить вокруг имплантатов для пассивного питания электроники, используя огромные запасы глюкозы в нашем организме.
Глюкозный топливный элемент — это устройство, которое генерирует энергию из сахаров, присутствующих повсюду в нашем организме. Идея состоит в том, чтобы собрать эту легкодоступную энергию и использовать ее для зарядки имплантированных устройств. Филипп Саймонс, который разработал проект в рамках своей докторской диссертации на факультете материаловедения и инженерии Массачусетского технологического института.
«Вместо использования батареи, которая может занимать 90% объема системы, мы могли бы покрыть систему тонкой пленкой и питать ее, не занимая при этом места», — говорит он. Дженнифер Л. М. Рупп, научный руководитель Симонса и профессор Мюнхенского технического университета в Германии.
Саймонс и его коллеги подробно описывают конструкцию клеток глюкозы в журнале. Современные материалы: Ссылка здесь.
Потому что это очень важно
С помощью этого проекта исследователи открыли новый путь к миниатюрным источникам питания для имплантированных датчиков и, возможно, других функций. Поворотным моментом является «стратегическое» использование керамики: нетоксичной, экономичной, подходящей для процедур стерилизации. Действительно многообещающе!
