Drobný palivový článok funguje na báze cukru v krvi a poháňa implantáty
- Autor:
- Roman Mališka
- Zverejnené:
- 19. 5. 2022
- Hodnotenie:
- Už ste hlasovali.
Napájanie lekárskych implantátov môže byť zložité, ale využitie vlastného zdroja paliva v tele by mohlo zabezpečiť ich dlhodobú prevádzku. Nový dizajn malého palivového článku premieňa glukózu na elektrickú energiu a napája implantáty efektívnejšie ako akýkoľvek iný doteraz.
Implantáty, ako sú napríklad kardiostimulátory, by mohli fungovať desiatky rokov, takže potrebujú stály prísun elektrickej energie a káble sa nedajú jednoducho vyviesť cez kožu pacienta. Batérie môžu byť zrejmým riešením, no ich výmena si vyžaduje chirurgický zákrok. Dokonca aj s novými pokrokmi v oblasti bezdrôtového nabíjania z vonkajšej strany tela batérie pridávajú príliš veľa objemu zariadeniam, ktoré musia byť čo najmenšie a najľahšie.
Ideálne by bolo, keby sa implantáty vybavili zariadeniami, ktoré si dokážu samy vyrábať energiu, a čo je lepším zdrojom energie ako ten, ktorý využívajú naše vlastné bunky? Glukózové palivové články, ktoré premieňajú chemickú energiu cukru v krvi na elektrickú energiu, sa vyvíjajú už desaťročia, no stále majú niekoľko nedostatkov, ktoré treba odstrániť. Nové zariadenie od výskumníkov z MIT a Technickej univerzity v Mníchove by mohlo byť odpoveďou na tieto problémy.
Štruktúra nového palivového článku je v podstate rovnaká ako pri existujúcich článkoch a pozostáva z anódy, elektrolytu a katódy. Anóda reaguje s glukózou v telesných tekutinách, pričom vzniká kyselina glukónová, pričom sa uvoľňujú dva protóny a dva elektróny. Elektrolyt odvádza protóny preč, kde sa zmiešajú so vzduchom a stanú sa neškodnými molekulami vody. Elektróny sa medzitým zhromažďujú v obvode, kde sa potom môžu použiť na napájanie implantovaného zariadenia.
Elektrolyty v glukózových palivových článkoch sa väčšinou vyrábajú z polymérov, ale pre svoje zariadenie výskumníci použili nový materiál nazvaný ako ceria. Ide o keramiku, ktorá je silná a stabilná, dobre vedie protóny a používa sa na rovnakú úlohu vo vodíkových palivových článkoch. Elektródy boli vyrobené z platiny, ktorá silne reaguje s glukózou.
Konečné články boli maličké, široké asi 300 mikrometrov a hrubé len 400 nanometrov. Aby ich vedci otestovali, vyrobili 150 z nich na kremíkové doštičky, preliali cez ne roztok glukózy a zmerali ich elektrický výkon.
Palivové články produkovali napätie v špičke približne 80 milivoltov, čo predstavuje približne 43 mikrowattov na štvorcový centimeter. Tím tvrdí, že je to najvyššia hustota výkonu zo všetkých doteraz vyrobených glukózových palivových článkov a je dostatočná na napájanie implantovateľných zariadení.
Okrem vysokého výkonu pomáha keramický materiál aj dlhšej životnosti a odolnosti voči vysokým teplotám pri sterilizácii pred implantáciou. Výskumníci tvrdia, že tieto palivové články by sa mohli vyrábať do tenkých vrstiev, ktoré by sa obalili okolo implantátov a napájali ich.
Výskum bol nedávno uverejnený v magazíne Advanced Materials.
