Биоразлагаемые батарейки в теле человека
Представить себе батарейки, которые могут растворяться в человеческом теле, могут разве что фантазеры или люди с хорошим воображением. Но вполне реальное изобретение — биоразлагаемые кремниевые чипы — дело ума и рук Джона Роджерса, ученого из Университета штата Иллинойс, и его коллег-исследователей.
Для чего они нужны
Биоразлагаемые чипы предназначены для контроля температуры или определенной механической деформации в теле человека. Полученные результаты маленький механизм передает на внешнее устройство беспроводным способом. И что самое интересное: такие батарейки действительно могут без следа растворяться внутри организма.
Несколько своих изобретений Джон Роджерс продемонстрировал еще в 2012 году. Некоторые биоразлагаемые кремниевые чипы кроме передачи информации могут применяться даже для лечения. Проводится процедура методом нагрева окружающих тканей для предотвращения распространения и гибели инфекции.
Для обеспечения нормальной работы батареек им необходимо питание от внешнего источника. Для этого предполагалось использование индукционных катушек. Однако метод беспроводной передачи энергии является настоящей проблемой для устройств, находящихся внутри человека. Ведь располагаться они могут глубоко в окружающих тканях. Тогда ученые и решили создать биобатарейку, которая сможет полностью разлагаться после выполнения ею поставленных задач.
Устройство биоразлагаемой батарейки
В чипах используются аноды из магниевой фольги и катоды из железа, вольфрама или молибдена. Эти металлы растворяются в человеческом организме медленно. Но что очень важно: их ионы в низких концентрациях являются биосовместимыми. В качестве электролита для батарейки используется солевой раствор с фосфатами. Все эти компоненты упакованы в биоразлагаемый полимер под названием полиангидрид.
Конечно же, вызывает массу вопросов безопасность использования таких чипов. Во-первых, напряжение и ток батарейки может варьироваться в зависимости от того, какой металл в ней используется. Возьмем хотя бы чип из магния и молибдена: один его квадратный сантиметр производит 2,4 мА тока. Но после растворения в человеческий организм попадает меньше 9 миллиграммов магния — приблизительно в два раза больше, чем от шунта коронарной артерии. Это говорит о том, что такие концентрации не вызовут никаких проблем со здоровьем.
Выход тока во всех биорастворимых чипах может поддерживаться на протяжении суток и даже более. Но ученые надеются усовершенствовать батарейки и тем самым улучшить показатели мощности. Их реакционную способность можно повысить, увеличив площадь поверхности магниевой фольги. Авторы утверждают, что батарея размером 0,25 см2 и толщиной всего в один микрометр сможет питать беспроводной имплантат в течение 12 часов.
А недавно к биоразлагаемым чипам присоединилось еще одно изобретение. Натрий-ионный аккумулятор, в составе которого электроды из пигмента меланина, изобрел Кристофер Беттингер, ученый из Университета Карнеги-Меллона, Пенсильвания. Но при сравнении обоих устройств был сделан вывод, что магниевые батарейки имеют не только большую мощность и плотность заряда, но еще и работают дольше, чем натрий-ионный аккумулятор. Вполне возможно, что в скором времени биорастворимая магниевая батарейка найдет свое применение в медицине.
