Ученые разработали аккумуляторы для робототехники и миниатюрных биоинтегрированных устройств

Исследователи разработали миниатюрную мягкую литий-ионную аккумуляторную батарею, которую можно использовать в качестве дефибриллятора для контроля сердечного ритма во время операции. Гибкая литий-ионная батарея создана путем сборки биосовместимых капель гидрогеля. Современное устройство представляет собой самую маленькую мягкую литий-ионную батарею с самой высокой энергетической плотностью. Исследование открывает путь к разработке крошечных биоинтегрированных устройств, которые можно использовать по целому ряду направлений (робототехника, биология, медицина).

Группа учёных из Оксфордского университета сделала существенный шаг в направлении создания миниатюрных мягких аккумуляторов. Такие источники питания востребованы в различных биомедицинских приборах. Например, для дефибрилляции и стимуляции тканей сердца. А результаты своего исследования они опубликовали в журнале Nature Chemical Engineering.

Разработка и создание миниатюрных интеллектуальных устройств в сфере биомедицины требуют миниатюрных источников питания. Причём эти аккумуляторы должны быть произведены из мягких материалов. В идеале они должны иметь такие характеристики, как биосовместимость, управляемая активация и дистанционное управление. Пока не существует аккумуляторных батарей, которые бы одновременно удовлетворяли всем этим требованиям.

Чтобы продвинуться в сфере создания таких источников питания группа исследователей с химического и фармакологического факультета оксфордского университета разработали миниатюрный литий-ионный аккумулятор из мягкого материала (биосовместимые капли гидрогеля).

Учёные собрали источник питания с использованием поверхностно-активных веществ (сборка с помощью мылоподобных молекул). Этот метод они обнародовали ещё в прошлом году, когда использовали для соединения трех микрокапель объемом 10 нанолитров. Выходную электроэнергию впоследствии генерируют различные литий-ионные частицы, которые находятся на каждом из двух концов.

Доктор Юцзя Чжан (Кафедра химии Оксфордского университета), ведущий исследователь исследования и начинающий доцент Федеральной политехнической школы Лозанны, отметил, что в работе они использовали капельную аккумуляторную батарею для питания заряженных молекул, которые перемещались между синтетическими клетками. Такой источник питания позволяет управлять биением и дефибрилляции сердечной мышцы. В источник питания включены магнитные частицы, что позволяет ему функционировать в качестве мобильного носителя энергии.

Концептуальные испытания на сердце проводились в лаборатории профессора Мин Лея (Кафедра фармакологии). По его мнению, сердечная аритмия является основной причиной смерти людей на всей планете. Концептуальное использование разработки на животных демонстрирует существенный шаг вперёд в создании беспроводных и биоразлагаемых устройств для управления аритмиями.

Профессор Хаган Бейли (Кафедра химии), член исследовательской группы, сказала, что полученный литий-ионный аккумулятор является наиболее сложным в серии микроскопических блоков питания, которые разработал доктор Чжан. Она считает, что сделан существенный шаг вперёд в сфере биосовместимых электронных устройств, работающих в физиологических условиях.

Учёные подали заявку на патент через Oxford University Innovation. По их мнению, крошечный аккумулятор будет особенно актуален для малогабаритных роботизированных устройств в сфере биомедицины.