В последние годы исследования в области микроэлектроники, особенно в сопряжённой с медициной области, продвинулись далеко вперёд. Миниатюрные импланты перестали быть чем-то удивительным, но по-прежнему не могут использоваться массово из-за проблемы с источником питания, его просто нет. Вполне вероятно, что решением станет микроскопический суперконденсатор размером с пылинку, выдающий такое же напряжение, как и батарея ААА.

Миниатюрные источники энергии

На текущий момент исследователями уже разработаны микроскопические датчики и разнообразные импланты, помогающие отслеживать состояние человеческого организма и замерять основные параметры жизнедеятельности. К примеру, при помощи датчика pH, настолько миниатюрного, что его впору размещать в кровеносных сосудах, вполне можно определять наличие злокачественных новообразований. Вот только без источника энергии он работать не может. У всех существующих батарей есть три больших недостатка: они слишком велики и не могут размещаться в человеческом организме в требуемых местах, их срок работы конечен, а используемые для их создания материалы либо сами по себе токсичны, либо образуют вредные соединения.

По мнению группы учёных из Технологического университета Хемница, Германия, необходимо не искать обходные пути, а разрешить все проблемы сразу. Используя результаты последних исследований и современные разработки в области микроэлектроники, они смогли создать уникальный биоконденсатор, одновременно обладающий миниатюрными размерами и способный удерживать большой заряд.

Биоконденсатор

В основу конструкции конденсатора легли не ставшие привычными металлы и керамика, а тончащие плёнки, изготовленные из современных полимеров. Все используемые в конденсаторе материалы биосовместимы и не вызывают отторжения или аллергических реакций. Сам конденсатор представляет собой своеобразную гармошку из нескольких слоёв. Полимерные слои с нанесёнными на них плёночными электронными компонентами размещаются на подложке, состоящей из гидрогеля, полиимида и растворимого слоя. После череды химических и механических воздействий микроплёночный «сэндвич» собирается в своеобразную фигуру оригами. Множество тончайших слоёв, свёрнутые и упакованные затем в полимерный корпус, позволяют накопить довольно большой заряд энергии. Самые маленькие конденсаторы, созданные до сих пор, были объёмом более 3 кубических миллиметров. Немецким исследователям удалось создать наномасштабный биоконденсатор, размером всего лишь 0,001 кубического миллиметра.

Нанобиоконденсатор обладает некоторыми особенностями, делающими его поистине уникальной разработкой. Прежде всего, миниатюрная ёмкость способна выдавать напряжение, сравнимое с батарейкой формата ААА, хоть и с гораздо меньшим током. Как показали эксперименты, этого вполне достаточно, чтобы обеспечить работу микроскопического датчика pH. Вторая особенность касается саморазряда конденсатора и возобновления его заряда. Как известно, любой конденсатор в силу своей конструкции и законов физики постепенно теряет заряд. Исследователям из Технологического университета Хемница, конечно же, не удалось обойти законы физики, но они создали весьма оригинальное зарядное устройство. Но не только поддерживает уровень заряда, но и способно восстановить его после использования.

Зарядное устройство уже включено в структуру микроскопического биоконденсатора, а работает оно на крови. Для этого использовались те же процессы, что протекают в живом организме. Они основаны на окислительно-восстановительных ферментных реакциях, присущих всем живым клеткам. Во время проведённых тестов, когда проверяли сборное устройство из биоконденсатора и датчика, оно непрерывно проработало 16 часов, конденсатор при этом сохранил около 70% ёмкости. Технология ещё нуждается в доработке, но она открывает прямой путь к использованию миниатюрных датчиков и микромашин.

Понравилась эта новость? Подпишись на нас в соцсетях!