Csepp méretű akkumulátor készülhet testbe ültetett eszközökhöz

Az Oxfordi Egyetem kutatói jelentős lépést tettek a sejtek közvetlen stimulálására alkalmas miniatűr biointegrált eszközök megvalósítása felé. A Nature-ben publikált tanulmány szerint sejtekkel kölcsönhatásba tudnak lépni és azokat stimulálni képesek. Biointegrált kis méretű készülékek energiaellátását célozták meg.

A tudósok úgy vélik, a jövőben fontos terápiás alkalmazásoknak fognak számítani a testbe épített apró eszközök, amelyek például az automatikus gyógyszeradagolást és a gyorsított sebgyógyulást szolgálják. Ezek megvalósításának ugyanakkor van egy hatalmas akadálya, nevezetesen az, hogy jelen ismereteink alapján nem létezik ennyire mikroszintű akkumulátor. Pedig meg kell oldani az energiaellátásukat, hogy egyáltalán komolyan bele lehessen fogni a fejlesztésükbe. Most erre találhattak megoldást az oxfordiak.

A kutatók olyan miniatűr áramforrást fejlesztettek, amely képes megváltoztatni a tenyésztett emberi idegsejtek aktivitását. Az eszköz, amelyet az angolnák áramtermelése ihletett, belső iongradienseket használ az energia előállításához.

A miniatürizált, mindössze öt nanoliteres cseppekkel megegyező méretű, lágy áramforrások láncolatát egy vezető hidrogél háromdimenziós hálózata tartja össze. Minden csepp eltérő összetételű, így a láncon keresztül sókoncentrációs gradiens jön létre. A cseppeket a szomszédos cseppektől lipid kettősrétegek választják el, mintegy mechanikai akadályt képezve, hogy az ionok ne áramoljanak a cseppek között.

Az áramforrás bekapcsolásához a szerkezetet 4 °C-ra kell hűteni, hogy megváltozzon a közege. Ez megbontja a kettős rétegű lipideket, hogy az ionok mozogni tudjanak a vezető hidrogélen – az egyik végen elhelyezkedő magas sótartalmú cseppektől a középen lévő alacsony sótartalmú cseppekig. A végcseppeket ezután elektródákhoz csatlakoztatják, és az iongradiensekből felszabaduló energia elektromos árammá alakul. Ezzel a hidrogélszerkezet külső alkatrészek áramforrásaként képes működni.

A bravúros elméletet kísérletekkel bizonyították. Kiderült, hogy az aktivált cseppek áramtermelése több mint 30 percig fenntartható, és az összesen 50 nanoliteres egység maximális kimeneti teljesítménye 65 nanowatt körül alakul. Az eszköz 36 órás tárolás után is hasonló mennyiségű áramot tudott leadni.

Úgy vélik, hogy az eszköz moduláris felépítése lehetővé tenné több egység kombinálását, így jelentősen felskálázhatnák az általa generált energiát. Ha sikerül, az megnyitja az utat a következő generációs viselhető eszközök, biohibrid interfészek, implantátumok, szintetikus szövetek és mikrorobotok sikeres energiaellátása felé.

Gábor János, Okosipar.hu