Chem: Имплантируемые батареи могут работать на собственном кислороде человека

Группа авторов поду руководством ученого Ксижэнь Лю, специализирующегося на энергетических материалах и устройствах, из Тяньцзиньского технологического университета (КНР) разработала инновационные имплантируемые батареи, добывающие энергию непосредственно из кислорода человеческого тела. Открытие имеет перспективы к радикальному изменения подхода к использованию медицинских устройств (кардиостимуляторов и нейростимуляторов), которые  требуют регулярной замены источников питания через инвазивные хирургические вмешательства, до разработки потенциально новых биотерапевтических средств. Об этом сообщает Chem.

Исследование демонстрирует на лабораторных крысах, что концептуальная разработка может обеспечивать стабильную энергию и совместима с биологической системой.

«Если задуматься, кислород — это источник нашей жизни. Если мы сможем использовать непрерывное поступление его в организм, то срок службы батареи не будет ограничиваться иссекаемыми ресурсами материалов обычных батарей», — разъяснил принцип технологии Лю.

Для создания безопасной и эффективной батареи исследователи использовали электроды из натриевого сплава и нанопористого золота, поры которого в тысячи раз меньше ширина человеческого волоса. Золото известно своей совместимостью с живыми системами, а натрий является существенным и повсеместно присутствующим элементом в теле человека. Электроды вступают в химическую реакцию с естественным кислородом, находящемся в теле, производя электричество. Чтобы защитить батарею, исследователи поместили ее в пористую гибкую полимерную пленку. Затем батарея была имплантирована под кожу на спинах грызунов и исследователи измеряли ее электрический выход. Результаты двухнедельного использования показали, что батарея может производить стабильное напряжение между 1.3 В и 1.4 В с максимальной плотностью мощности 2.6 мкВт/см2. Отмечается, что хотя пока выходная мощность имеет недостаточный уровень для питания медицинских устройств, эксперимент  наглядно доказывает возможность использования кислорода в теле организма.

Научной командой также были оценены воспалительные реакции, метаболические изменения и регенерацию тканей вокруг батареи. Ни одно подопытное животное не показало очевидного воспаления. Побочные продукты химических реакций инновационной батареи, включая ионы натрия, гидроксидные ионы и низкие уровни перекиси водорода, легко метаболизировались телом и не оказывали влияния на функционирование почек и печени. Раны всех крыс хорошо зажили после имплантации, и волосы на их спине полностью отросли через четыре недели.

Подчеркивается факт, что, кровеносные сосуды вокруг батареи также регенерировались кровеносные сосуды. Это означает, что батарея в будущем может помочь в мониторинге заживляемости постоперационных ран.

«Поскольку опухолевые клетки чувствительны к уровню кислорода, имплантация вокруг них батареи, потребляющей кислород, может помочь в борьбе с раковыми опухолями. Также можно преобразовать энергию батареи в тепло, чтобы убить раковые клетки», — резюмировал Лю.

В перспективе учеными планируется увеличение энергетической доставки батареи, и исследование более эффективных материалов для электродов, а также оптимизация структуры и дизайна устройства.

Ранее «Медздрав.Инфо» сообщал, что специалисты Федерального технологического института Цюриха (ETH) разработали уникальный метод получения золота из отходов путем добавления побочных продуктов из пищевой промышленности.