Ученые разработали крошечную батарею, которую легко поместить в тело человека

Исследователи разработали миниатюрный биосовместимый источник энергии, вдохновленный электрическими угрями, который может напрямую стимулировать нервные клетки человека. Это нововведение имеет потенциальное применение в доставке лекарств, заживлении ран и биогибридных устройствах.

Ученые разработали крошечную батарею, которую легко поместить в тело человека

Ученые из Оксфордского университета достигли значительных успехов в разработке крошечных биоинтегрированных устройств, способных непосредственно стимулировать клетки. Их результаты были недавно опубликованы в журнале Nature.

Маленькие биоинтегрированные устройства, способные взаимодействовать с клетками и воздействовать на них, обещают иметь важное применение в медицине, такое как доставка лекарств по адресу и ускорение процесса заживления. Однако одной из основных проблем было создание эффективного микромасштабного источника питания для таких устройств, и эта проблема оставалась нерешенной.

Для решения этой задачи исследователи с химического факультета Оксфордского университета разработали миниатюрный источник энергии, способный изменять активность культивируемых нервных клеток человека. Это устройство вдохновлено тем, как электрические угри генерируют электричество, используя внутренние градиенты ионов.

Ученые разработали крошечную батарею, которую легко поместить в тело человека

Источник: Yujia Zhang

Слева: Увеличенная версия капельного источника питания для визуализации. Капли объемом 500 нл инкапсулировали в гибкий и сжимаемый органогель. Масштабная линейка: 10 мм. Справа: увеличенное изображение источника питания для капель стандартного размера, состоящего из капель объемом 50 нл. Масштабная линейка: 500 мкм.

Миниатюрный источник мягкой энергии создается путем нанесения цепочки из пяти капель нанолитра проводящего гидрогеля. Каждая капля имеет уникальный состав, что создает градиент концентрации соли вдоль цепочки. Капли разделены липидными бислоями, обеспечивающими механическую поддержку и предотвращая поток ионов между каплями.

Источник питания активируется путем охлаждения до 4°C и смены окружающей среды, что приводит к разрушению липидных бислоев и образованию сплошного гидрогеля. Это позволяет ионам перемещаться через проводящий гидрогель от капель с высокой концентрацией соли к каплям с низкой концентрацией соли. Когда конечные капли соединяются с электродами, ионные градиенты преобразуются в электричество, что позволяет гидрогелю служить источником энергии для внешних компонентов.

В ходе исследования активированный источник питания создавал ток, который поддерживался более 30 минут. Максимальная выходная мощность составила около 65 нановатт для блока из 50-нанолитровых капель. Устройства также продемонстрировали способность производить ток после 36-часового хранения.

Исследователи также продемонстрировали, как живые клетки могут быть присоединены к устройству, позволяя регулировать их активность ионным током. Устройство было прикреплено к каплям, содержащим нейронные клетки-предшественники человека, что позволило контролировать их активность. Подключение источника питания вызывало волну межклеточной передачи сигналов кальция в нейронах, что было зафиксировано на видеозаписи.

Доктор Юйцзя Чжан, ведущий исследователь проекта, подчеркнул, что этот миниатюрный источник мягкой энергии представляет собой значительный прорыв в биоинтегрированных устройствах и предоставляет новые возможности для регулирования клеток и тканей на микроуровне. Ученые верят, что модульная структура устройства может позволить объединять несколько устройств для увеличения генерируемого напряжения и тока, открывая путь к созданию биогибридных интерфейсов, имплантатов, синтетических тканей и микророботов.

Профессор Хэган Бэйли, руководитель исследовательской группы, подчеркнул, что эта работа имеет огромное значение для применения мягких биосовместимых устройств во многих областях, включая медицину и биологию.

Читайте также

Kawasaki оснастит человекоподобного робота Kaleido физическим ИИ для работы на заводах

Kawasaki оснастит человекоподобного робота Kaleido физическим ИИ для работы на заводах

В Германии создают строительных роботов, способных собирать здания почти без участия человека

В Германии создают строительных роботов, способных собирать здания почти без участия человека

Видеоаналитика на базе ИИ позволила найти 250 детей в Новосибирской области

Видеоаналитика на базе ИИ позволила найти 250 детей в Новосибирской области

Ученые МИСИС создали пористые гранулы для костей с защитой от инфекций

Ученые МИСИС создали пористые гранулы для костей с защитой от инфекций

В Казахстане кошек с камерами и ИИ отправили искать пропавших питомцев

В Казахстане кошек с камерами и ИИ отправили искать пропавших питомцев

Ученые выяснили, насколько Германия была близка к запуску ядерного реактора B8 во время Второй мировой войны

Ученые выяснили, насколько Германия была близка к запуску ядерного реактора B8 во время Второй мировой войны

Ученые МФТИ создали нейросеть по принципу мозжечка

Ученые МФТИ создали нейросеть по принципу мозжечка

Физики создали почти идентичные фотоны для будущих квантовых сетей

Физики создали почти идентичные фотоны для будущих квантовых сетей

Из лабораторий — на работу: 7 компаний, создающих человекоподобных роботов для реального мира

Из лабораторий — на работу: 7 компаний, создающих человекоподобных роботов для реального мира

Почему роботы умеют делать сальто, но до сих пор не могут нормально сложить рубашку

Почему роботы умеют делать сальто, но до сих пор не могут нормально сложить рубашку

Почему невозможно создать абсолютно точную карту Земли, Луны или Марса?

Почему невозможно создать абсолютно точную карту Земли, Луны или Марса?

Первый складной iPhone не стал революцией: с чем придется мириться владельцам iPhone Duo

Первый складной iPhone не стал революцией: с чем придется мириться владельцам iPhone Duo

Ритм дыхания действительно влияет на принятие решений

Ритм дыхания действительно влияет на принятие решений

Гибрид LADA Azimut получит отечественную батарею

Гибрид LADA Azimut получит отечественную батарею

Не только чума: семь самых смертоносных эпидемий и пандемий в истории человечества

Не только чума: семь самых смертоносных эпидемий и пандемий в истории человечества

Звезда в трехстах световых годах неспешно поглощает коричневого карлика

Звезда в трехстах световых годах неспешно поглощает коричневого карлика