Оксфордский университет представил инновационное решение для биомедицинских технологий — мягкие миниатюрные батареи, предназначенные для использования в таких приложениях, как дефибрилляция и стимуляция сердечных тканей. Эти разработки были опубликованы в престижном журнале Nature Chemical Engineering и, по мнению исследователей, откроют новые перспективы для биоразлагаемых источников энергии в медицине.
Для биомедицинских устройств, работающих в тесном контакте с биологическими тканями, требуется совершенно новая категория источников питания, которые должны быть не только миниатюрными, но и мягкими, биосовместимыми и биоразлагаемыми. Современные требования к таким батареям также включают высокую плотность энергии, возможность удаленного управления и активации при минимальном вмешательстве в организм. Однако, несмотря на все усилия ученых, до сих пор не существовало батареи, которая могла бы удовлетворить все эти критерии одновременно.
Команда ученых Оксфорда из химического и фармакологического факультетов разработала уникальную мягкую литий-ионную батарею из капель гидрогеля. Данная технология предполагает использование сборки, поддерживаемой поверхностно-активными веществами, для создания батареи из трех микроскопических фрагментов объемом всего 10 нанолитров. На каждом из концов этой батареи находятся литий-ионные частицы, что позволяет эффективно генерировать энергию и обеспечивать стабильное функционирование.
Одним из ключевых преимуществ новой батареи является ее способность к перезарядке и биоразлагаемости после использования. Активируемая светом, она может служить долгосрочным источником энергии и затем естественно разлагаться в организме без необходимости удаления. Этот подход делает батарею не только высокоэффективной, но и безопасной для применения в живых организмах, что особенно важно для минимально инвазивных медицинских процедур.
Для тестирования своей технологии ученые использовали данную батарею для обеспечения движения заряженных молекул между синтетическими клетками, а также для управления биением и дефибрилляцией сердец лабораторных мышей. Включение магнитных частиц в состав батареи позволило добиться мобильности, что значительно расширяет возможности ее применения. Теперь батарея может функционировать не только как источник энергии, но и как управляемый носитель для доставляемой энергии, необходимой для восстановления сердечного ритма.
Ведущий исследователь проекта, доктор Юцзя Чжан, представляющий кафедру химии Оксфордского университета и Федеральную политехническую школу Лозанны, прокомментировал, что их работа направлена на создание минимально инвазивного, биоразлагаемого и одновременно функционального устройства, которое сможет удовлетворить широкий спектр потребностей биомедицинской индустрии. Профессор Мин Лей, старший электрофизиолог по сердечным аритмиям из отделения фармакологии, добавил: «Сердечная аритмия — одна из ведущих причин смерти в мире. Наши испытания на животных моделях демонстрируют новый подход в использовании беспроводных биоразлагаемых устройств для лечения сердечных нарушений».
Исследователи подали заявку на патент через Oxford University Innovation, и ожидается, что эта разработка найдет широкий спектр применения, включая использование в миниатюрных роботах для выполнения специализированных биомедицинских задач.