Инженеры из Массачусетского технологического института (MIT) и Мюнхенского технического университета (Technische Universität München) разработали очень тонкий топливный элемент, который, возможно, сможет в будущем питать медицинские имплантируемые устройства, работая от глюкозы в крови пациента.
Толщина топливного элемента — всего 400 нанометров (около одной сотой диаметра человеческого волоса), он эластичный и способен выдерживать температуру до 600 ℃. Последнее необходимо для того, чтобы его можно было подвергать высокотемпературной стерилизации перед имплантацией в организм.
Разработчики элемента полагают, что в будущем импланты можно будет оборачивать ультратонкими плёнками, использующими глюкозу, которой много в организме, для получения электричества. Сегодня в имплантах используются батареи. Но батарея может составлять до 90% объёма устройства. Свежеразработанный топливный элемент, вероятно, позволит уменьшить импланты в разы.
Это не первый в мире глюкозный топливный элемент. Первые появились ещё в 1960-х годах, были основаны на мягких полимерах и не выдержали конкуренции с литий-йодными батареями, которые и стали стандартным источником электрического тока для медицинских имплантов, в первую очередь для кардиостимуляторов.
Однако у литий-йодных батарей есть существенное нижнее ограничение по размеру, так как их конструкция требует объёма для хранения реагентов. Поэтому в последние годы учёные смотрят в сторону глюкозных топливных элементы как потенциально более компактных источников энергии для медицинских имплантов: глюкозу не нужно хранить в топливном элементе — её в организме и так предостаточно.
В качестве электролита в новом топливном элементе разработчики применили церий: он биосовместим, механически прочен и широко используется в водородных топливных элементах. Анод и катод изготовили из платины. Соорудив так 150 отдельных глюкозных топливных элементов на чипе, каждый толщиной около 400 нанометров и шириной около 300 микрометров, изобретатели нанесли их на кремниевые пластины, а затем измерили ток, вырабатываемый каждой ячейкой при пропускании раствора глюкозы. Оказалось, что многие получившиеся ячейки вырабатывают напряжение около 80 милливольт. Разработчики утверждают, что их изобретение выдаёт на сегодня самую большую выходную мощность среди всех существующих глюкозных топливных элементов — 43 микроватта на квадратный сантиметр.
Разумеется, потребуется ещё немало различных испытаний, но, судя по всему, новый элемент вполне возможно использовать для питания имплантируемых устройств.
