Новое топливо для биобатарей - кожный пигмент меланин
Меланин? Не только для загара: этот пигмент в будущем сможет питать батарейки - самый безопасный способ обеспечить энергией электронные устройства, работающие внутри организма (для диагностики, доставки лекарств и т.д.).
Перезаряжаемые ионно-литиевые батареи широко используются в электронике благодаря своему высокому КПД и длительному сроку хранения заряда. Но долго находится в организме они не могут из-за токсичности лития. Нельзя ли изготовить батареи из биологических материалов? Такую задачу поставил перед собой Кристофер Беттингер (Christopher Bettinger) из Университета Карнеги-Меллон.
"Если мы сможем без вреда для здоровья принимать внутрь электронные приборы, решится множество проблем с имплантантами (инфекции, воспаления…). Имея это в виду, мы стали работать с веществами, всегда присутствующими в организме человека - водой, натрием, меланином", - рассказывает Беттингер.
Чтобы получить биобатарею, Беттингер и его группа изготовили положительно заряженные аноды из смеси с высоким содержанием меланина - природного тёмного пигмента, содержащегося в коже, волосах, радужной оболочке глаза и других тканях позвоночных. Потом они ввели туда ионы натрия и загрузили аноды в сетку из стальной проволоки. Единообразная химическая структура меланина позволяет включать в него массу ионов (этот фактор и определяет силу заряда батареи). Биобатареи хватает на 5 часов (но КПД ее пока ниже, чем у стандартных аккумуляторов).
На роль электродов для биобатарей испытывают множество материалов (растительные волокна, например) - но все они требует дополнительной химической обработки (чтобы смочь хранить заряд). Меланин, напротив, пригоден к использованию в своем природном виде, а собирать его можно будет непосредственно с кожи человека. Однако прибыльнее было бы найти источник, где пигмент присутствует в более концентрированном виде (чернильный мешок каракатицы, например).
"Идея биобатареи в том, чтобы найти источник энергии для систем, попадающих внутрь организма, следящих, например, за залечиванием раны, доставляющих к месту повреждения нужные препараты - а потом, когда рана зажила, растворяющихся в организме, не оставляя токсичных отходов. Я говорю не только о ранах - аналогичные системы могут обрабатывать злокачественные опухоли, переломы, разорванные связки", - рассказывает Джон Роджерс (John Rogers) из Университета Иллинойса в Урбана-Шампэйн.
Исследователи также выяснили, что натуральный меланин заряд держит лучше синтетических. Но КПД меланиновой батареи пока уступает ионно-литиевой, частью из-за того, что пигмент встречается в организме в очень плотных гранулах. Если сделать его более пористым и рыхлым, он мог бы впитывать больше ионов натрия и "запасать" еще больше заряда.
Новинка представлена в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.
По материалам New Scientist.
Артём Космарский nauka21vek.ru