Cуперконденсатор объёмом 0,001 мм³ выдаёт напряжение 1,6 В, используя человеческую кровь как электролит


Рис. 1. Активные компоненты суперконеденсатора: электролит из кровотока, полимерные слои, золотые токосъёмники, электроды из биосовместимой смеси иономеров PEDOT:PSS, протонный сепаратор из поливинилового спирта (PVA), негативный фоторезист SU8

Физики из Хемницкого технического университета (Германия) и Дрезденского института по исследованию твёрдого тела и материалов (Leibniz IFW, Германия) разработали самый маленький в мире наносуперконденсатор, предназначенный для имплантации в человеческое тело.

Суперконденсатор не только безопасен для организма, но и использует кровь как электролит. Такой хитроумный трюк значительно уменьшает размеры устройства.
Изобретение относится к классу биологических наносуперконденсаторов (nBSC), которые не отличаются от обычных, кроме миниатюрных размеров и безопасной работы в человеческом теле для питания датчиков и имплантатов, вживлённых в организм.


Рис. 2. (а?d) Фотографии микроконденсатора до свёртывания в трубку «швейцарского рулета», шкалы 200 и 500 мкм. (f?j) Электрические характеристики устройства с различными электролитами: солевой физраствор, плазма крови, кровь

До настоящего времени размер лучших биосуперконденсаторов превышал 3 мм3 (1, 2, 3, 4, 5). Немецким физикам удалось сделать существенный шаг вперёд, уменьшив габариты примерно в 3000 раз.

На рисунке вверху — конструкция nBSC. Все слои помещаются на поверхность пластины, которая подвергается механическому напряжению, в результате чего слои отделяются и свёртываются в «рулет», формируя nBSC размером с пылинку.

Биосуперконденсатор особенно эффективен при использовании в крови, где он сохраняет до 70% ёмкости после 16 часов работы. Кроме того, устройство использует характерные окислительно-восстановительные ферментативные реакции в крови и живые клетки для подзарядки, что повышает его производительность на 40% (см. график саморазряда на рис. 3).

Устройство также хорошо выдержало нагрузки в аэродинамической трубе. Там симулировали условия кровеносных сосудов с изменением скорости потока и давления.

В ходе экспериментов удалось успешно использовать три устройства для питания крошечного датчика кислотности (рис. 5), который можно внедрить в кровеносные сосуды для регистрации отклонений pH, что указывает на рост опухоли и другие недуги.


Рис. 3. (а? с) Схематическая иллюстрация переноса ионов и накопления энергии между двумя рабочими электродами в различных электролитах. (d) Схематическая иллюстрация трёхэлектродной установки с рабочим электродом (измеряемый образец), электродом для сравнения (Ag/AgCl) и противоэлектродом (платиновый стержень) для определения окислительно-восстановительных/каталитических реакций


Рис. 4. Измерения в статическом потоке на разных температурах

Рис. 5. Конструкция датчика кислотности крови, масштаб 200 мкм; изменение характеристик в зависимости от pH электролита

Научная статья опубликована 23 августа 2021 года в журнале Nature Communications (doi:10.1038/s41467-021-24863-6), в открытом доступе. Среди соавторов работы — Даниил Карнаушенко, Михаил Цуркан и Дмитрий Карнаушенко, все представляют Leibniz IFW.


Читайте так же:

  • Продажа контента что этоПродажа контента что это Стратегии распространения контента никогда не были так важны, как сегодня. Стратегия распространения контента - это план, который помогает организации распространять свой контент. Будь то продвижение последней записи в блоге или публикация новой электронной книги. Публикация контента […]
  • Создание контент сайтаСоздание контент сайта Создание контента можно определить как важнейший элемент в создании звездного контента, который фокусируется на мозговом штурме тематических идей. Принятии решений о форматах контента. Создании контента и предоставлении его через ваш веб-сайт и другие маркетинговые каналы. Добро […]
  • Две версии Huawei Watch 3 со включенным экраном позируют на официальных изображенияхДве версии Huawei Watch 3 со включенным экраном позируют на официальных изображениях После появления первых фотографий на сайте Huawei Central опубликовали официальные рекламные изображения новых умных часов Huawei Watch 3, которые должны быть представлены на следующей неделе. Судя по этим изображениям. Huawei Watch 3 будут доступны в двух версиях: с черным корпусом и […]
  • Яндекс.Дзен обновил процесс модерации контента на платформеЯндекс.Дзен обновил процесс модерации контента на платформе Яндекс.Дзен обновил процессы модерации контента на платформе. Теперь Дзен будет собирать «профили нарушителей» – набор характеристик. Который помогает выявить среди блогеров Дзена тех. Кто манипулирует требованиями платформы к контенту.  Владельцам каналов с большим числом нарушений […]