Pisara-akku tasoittaa tietä biointegroinnille

Oxfordin yliopiston tutkijat ovat ottaneet merkittävän askeleen kohti pienten biointegroitujen laitteiden toteuttamista, jotka pystyvät stimuloimaan soluja suoraan.

Pienillä biointegroiduilla laitteilla, jotka voivat olla vuorovaikutuksessa solujen kanssa ja stimuloida niitä, voi olla tärkeitä terapeuttisia sovelluksia, mukaan lukien kohdennettujen lääkehoitojen toimittaminen ja haavan paranemisen nopeuttaminen. Kaikki tällaiset laitteet tarvitsevat kuitenkin virtalähteen toimiakseen. Tähän mennessä ei ole ollut tehokkaita keinoja tuottaa tehoa mikromittakaavan tasolla.

Tämän ratkaisemiseksi Oxfordin yliopiston kemian laitoksen tutkijat ovat kehittäneet pienoisvirtalähteen, joka pystyy muuttamaan viljeltyjen ihmisen hermosolujen toimintaa. Inspiroituneena siitä, miten sähköankeriaat tuottavat sähköä, laite käyttää sisäisiä ionigradientteja energian tuottamiseen.

Miniatyrisoitu pehmeä teholähde tuotetaan kerrostamalla viiden nanolitran kokoisen johtavan hydrogeelipisaran ketju (3D-polymeeriketjujen verkosto, joka sisältää suuren määrän absorboitua vettä). Jokaisella pisaralla on erilainen koostumus, joten suolapitoisuusgradientti muodostuu ketjun poikki. Pisarat erotetaan naapureistaan lipidikaksoiskerroksilla, jotka tarjoavat mekaanista tukea ja estävät ionien virtaamisen pisaroiden välillä.

Virtalähde kytketään päälle jäähdyttämällä rakenne 4°C:seen ja vaihtamalla ympäröivää väliainetta: tämä hajottaa lipidikaksoiskerrokset ja saa pisarat muodostamaan jatkuvan hydrogeelin. Tämä mahdollistaa ionien liikkumisen johtavan hydrogeelin läpi molemmissa päissä olevista runsaasti suolaa sisältävistä pisaroista keskellä olevaan vähäsuolaiseen pisaraan.

Yhdistämällä päätypisarat elektrodeihin ionigradienteista vapautuva energia muunnetaan sähköksi, jolloin hydrogeelirakenne voi toimia virtalähteenä ulkoisille komponenteille.

Tutkimuksessa aktivoitu pisaravirtalähde tuotti virran, joka säilyi yli 30 minuuttia. 50 nanolitran pisaroista koostuvan yksikön suurin lähtöteho oli noin 65 nanowattia (nW). Laitteet tuottivat saman verran virtaa 36 tunnin varastoinnin jälkeen.

Tutkijoiden mukaan laitteen modulaarinen rakenne mahdollistaisi useiden yksiköiden yhdistämisen syntyvän jännitteen ja/tai virran lisäämiseksi. Tämä voisi avata oven seuraavan sukupolven puettavien laitteiden, biohybridiliitäntöjen, implanttien, synteettisten kudosten ja mikrorobottien käyttöön.

Yhdistämällä 20 viiden pisaran yksikköä sarjaan ne pystyivät valaisemaan valodiodin, joka vaatii noin kaksi volttia. He näkevät, että laitteiden tuotannon automatisoiminen esimerkiksi pisaratulostimella voisi tuottaa tuhansista tehoyksiköistä koostuvia pisaraverkkoja.

Lisäksi uusin katsausartikkeli kokoaa yhteen kesän aikana esiteltyjä kiinnostavia akkutekniikan tutkimustuloksia.

Aiheesta aiemmin:

Mikroakkuja 3D-tulostuksella