Новые биоразлагаемые батареи могут бесследно растворяться внутри человеческого тела

В 2012 году учёный Джон Роджерс из Университета штата Иллинойс в Урбана-Кампейн представил ряд биоразлагаемых кремниевых чипов, которые могли контролировать температуру или механическую деформацию, передавая результаты по радио на внешние устройства. Некоторые из них могли проводить даже лечение путём нагрева окружающих тканей для предотвращения инфекций. Для обеспечения беспроводного питания этих чипов от внешнего источника предлагалось использовать индукционные катушки.

Но беспроводная передача мощности является проблематичной для устройств, располагающихся глубоко внутри тканей или костей. И для решения этой проблемы, д-р Роджерс и его коллеги создали полностью биоразлагаемую батарею.

Их устройства, описанные на прошлой неделе в журнале Advanced Materials, используют аноды из магниевой фольги и катоды из железа, молибдена или вольфрама. Все эти металлы медленно растворяются в организме, а их ионы являются биосовместимыми в низких концентрациях. Электролитом батареи является солевой раствор с добавлением фосфатов, и вся система упакована в биоразлагаемый полимер полиангидрид.

Токи и напряжения батарей могут варьироваться в зависимости от используемого металла катода. К примеру, один квадратный сантиметр батареи с магниевым анодом и катодом из молибдена производит устойчивые 2,4 мА тока. После растворения батареи в организм попадает менее 9 миллиграммов магния — примерно вдвое больше, чем от шунта коронарной артерии, и такие концентрации не вызывают проблем.

Все версии батареи могут поддерживать устойчивый выход тока более суток. Команда надеется улучшить показатели плотности мощности тока за счёт увеличения площади поверхности фольги магния, что должно повысить реакционную способность. По оценке авторов, батарея размерами 0,25 кв. см и толщиной всего один микрометр могла бы питать беспроводной имплантат в течение дня.

При этом биорастворимые магниевые батареи —  отнюдь не единственное решение. В прошлом году Кристофер Беттингер из Университета Карнеги-Меллона в Питтсбурге, Пенсильвания, представил натрий-ионный аккумулятор с электродами из пигмента меланина. Но магниевые батареи имеют относительно большую мощность тока и плотность заряда, и работают дольше.