naukaWiadomości promowane

Polscy naukowcy skonstruowali oddychającą biobaterię

Urządzenia, które zacierają granicę pomiędzy maszynami a ludźmi nie są już domeną science-fiction. Jednak niezależnie od tego jakie możliwości oferują, mają jedno wspólne ograniczenie. Jest nim zasilanie. Sposób na rozwiązanie tego problemu i dostarczenie wszelkiego rodzaju implantom potrzebnej im energii elektrycznej, powstał w Polsce.

Naukowcy z Instytutu Chemii Fizycznej Polskiej Akademii Nauk opracowali elektrodę do budowy bioogniw lub biobeterii tlenowo-cynkowych. Zwykłe akumulatory nie nadają się do zastosowania w implantach znajdujących się w ludzkim ciele. Z kilku praktycznych powodów. Po pierwsze trudno je wymieniać (można je ładować bezprzewodowo ale to znowu wymaga dodatkowego chłodzenia) ale co najważniejsze zawierają w sobie silne zasady lub kwasy, które nie mogą dostać się do organizmu człowieka. Muszą być więc szczelnie izolowane co powoduje konieczność opracowywania hermetycznych obudów, które z kolei zwiększają rozmiary takiej baterii. Bioogniwa mają istotną przewagę – nie wymagają obudowy. By otrzymać prąd wystarczy wprowadzić do organizmu same elektrody.

Ale ten fakt nie jest jeszcze przełomowy. Przełomem jest sposób w jaki działają bioogniwa opracowane przez naukowców z PANu. Proszę usiąść wygodnie i przygotować się na przyszłość, przy której Matrix się chowa:

„Jednym z najpopularniejszych doświadczeń z elektrochemii jest zrobienie bateryjki z ziemniaka poprzez wetknięcie w niego odpowiednio dobranych elektrod. My robimy coś trochę podobnego, tyle że koncentrujemy się na bioogniwach i ulepszaniu katody. No i żeby całe przedsięwzięcie miało ręce i nogi, docelowo wolelibyśmy ziemniaka zastąpić… człowiekiem”, mówi dr Martin Jönsson-Niedziółka z IChF PAN.

Głównym elementem biokatody opracowanej przez polskich naukowców jest enzym otoczony nanorurkami węglowymi i zamknięty w porowatej strukturze – matrycy polikrzemianowej osadzonej na membranie przepuszczającej tlen. Tak wykonana elektroda jest montowana we fragmencie ścianki małego pojemnika. Aby bioogniwo zadziałało, do wnętrza pojemnika wystarczy wlać elektrolit (w eksperymentach wykorzystywano roztwór zawierający jony wodoru) i wsunąć w niego cynkową anodę. Pory w matrycy polikrzemianowej zapewniają dopływ tlenu z powietrza i jonów wodoru z roztworu do centrów aktywnych enzymu, gdzie zachodzi redukcja tlenu. Tymczasem nanorurki węglowe ułatwiają transport elektronów z powierzchni półprzepuszczalnej membrany.

Ogniwo z nową biokatodą może wytwarzać prąd o napięciu 1,6 V przez co najmniej dziesięć dni. Niestety z czasem wydajność ogniwa spada, prawdopodobnie na skutek stopniowej dezaktywacji enzymu na biokatodzie. Jeśli jednak udałoby się opracować proces regenerowania enzymu, czas działania takiego ogniwa można by znacząco wydłużyć.

Jak na razie udało się w ten sposób zasilić jedynie małą żarówkę, jest to jednak dopiero początek drogi do zupełnie nowego sposobu zasilania implantów. Zespół z Instytutu Chemii Fizycznej PAN nie kryje tego, że pracuje z myślą o zasilaniu przyszłych sztucznych oczu, biosensorów czy świecących tatuaży. Najważniejsze jest jednak to, że ich biokatoda została skonstruowana do tego, by traktować ludzkie ciało jako elektrolit.

Zanim jednak ktoś zbuduje bioakumulator, który zasili wszystkie wszczepione w ludzki organizm urządzenia, należy jeszcze rozwiązać problem żywotności enzymu oraz pobierania potrzebnego do pracy tlenu z krwi a nie z powietrza. A to nie jest niemożliwe.

Zdjęcie: IChF PAN


podobne treści