Микроскопична горивна клетка на керамична основа генерира около 43 микровата на кв. см. (снимка: MIT)
Захранването с енергия на медицинските импланти е въпрос, над който си блъскат главата учени от цял свят. Някои от тях смятат, че това е най-добре да стане с помощта на „собствен източник на гориво“ в тялото. Те са разработили малка горивна клетка, която превръща глюкозата от кръвта в електричество за захранване на имплантите по-ефективно от всеки друг начин досега.
Импланти като пейсмейкърите например работят постоянно в продължение на десетилетия. Затова те се нуждаят от постоянно снабдяване с електричество. Да се сложат кабели, които влизат под кожата на пациента, не е добро решение. Батериите може да се имплантират под кожата, но пък смяната им изисква операция всеки път. Дори и с прогреса на безжичното зареждане все още не е възможно да се постигне това, което медицината търси.
Глюкозните горивни клетки, които преобразуват химическата енергия на кръвната захар в електрическа енергия, се разработват от десетилетия, но все още имат няколко слабости, които трябва да се изгладят. Новото устройство, което е разработено от изследователи от MIT и Техническия университет в Мюнхен, може да се окаже отговорът на големия въпрос.
Структурата на новата горивна клетка е почти същата като на съществуващите, състояща се от анод, електролит и катод. Анодът реагира с глюкозата в телесните течности. Така той произвежда глюконова киселина – процес, който освобождава два протона и два електрона. Електролитът отстранява протоните, превръщайки ги в безвредни водни молекули. Междувременно електроните се събират във верига, като след това могат да се използват за захранване на имплантираното устройство.
Обичайно електролитите в глюкозните горивни клетки биват направени от полимери, но сега изследователите са използвали нов материал – церия: здрава, стабилна керамика, която провежда добре протоните и бива използвана за същата цел и във водородните горивни клетки. Електродите са направени от платина, която реагира силно с глюкозата.
Разработените клетки са малки – около 300 микрометра широки и едва 400 нанометра дебели. За да ги тестват, изследователите са произвели 150 броя върху силициеви пластини. После учените са добавили разтвор на глюкоза и са измерили електрическата мощност.
Горивните клетки произвеждат пикови напрежения от около 80 миливолта, което се равнява на около 43 микровата на кв. см. Екипът казва, че това е най-високата енергийна плътност измежду всички глюкозни горивни клетки, направени досега. Това е напълно достатъчно за захранване на имплантируемите устройства.
В допълнение към високата си производителност, керамичният материал има и други ползи – помага на батерията да издържи по-дълго и да понесе високите температури на стерилизация преди имплантиране. Изследователите казват, че подобни горивни клетки могат да бъдат направени като тънкослойни покрития, които се увиват около имплантите, за да ги захранват.