Несмотря на постоянное развитие технологий, которые позволяют изготавливать импланты, например, кардиостимуляторы все меньшего и меньшего размера, остается единственная проблема с батареями для их питания.
Эти батареи содержат токсичные химические вещества, которые не идеальны и способны нанести вред человеческому организму. Кроме того они нуждаются в периодической замене, в результате – болезненные и рискованные хирургические процедуры. Новая система хранения энергии называется «биологическим суперконденсатором» – это новое слово в имплантации, имплантируемая батарея не нуждается в замене в течение всей жизни пациента.
За прошедшие несколько лет разработчиками разных стран было представлено множество инновационных альтернатив для питания медицинских имплантатов. Так, немецкая исследовательская группа разработала биологический топливный элемент, который черпает энергию из крови пациента, а точнее из содержащегося в ней сахара. Корейская команда предложила решение, построенное на использовании энергии, получаемой при работе собственных мышц. А инженер-электрик из Стэнфорда разработал технологию, которая позволяет заряжать имплантированную батарею посредством окружающих нас радиоволн.
И вот, объединенная команда исследователей из Университета Калифорнии в Лос-Анджелесе и университета Коннектикута разработали биологический суперконденсатор, который заряжается при помощи электролитов имеющихся в биологических жидкостях, таких как сыворотка крови и моча. Кроме того имплант способен работать в тандеме с преобразователем энергии, который может конвертировать тепло и движение в электричество, накапливаемое суперконденсатором.
Новый биологический суперконденсатор состоит из электродов, изготовленных из графена, полученного из модифицированных белков человека, а в качестве электролита выступают биологические жидкости. В отличие от суперконденсаторов на основе немодифицированного оксида графена, который способен вызывать токсические повреждения клеток даже в малых дозах, нанокомпозитный материал на основе белок-модифицированного оксида графена, разработанный командой, показал отсутствие токсичности при испытаниях на мышиных эмбрионах и культурах клеток фибробластов даже при высоких концентрациях.
Команда разработчиков сообщает, что их биоэлектрические конденсаторы при толщине батареи порядка одного микрометра, являются гибкими, что позволяет имплантировать их внутрь тела не опасаясь механических нагрузок. Плотность энергии суперконденсатора сравнима с тонкопленочными литиевыми аккумуляторами, которые сейчас используются в кардиостимуляторах. Хотя суперконденсаторы еще не имели широкого применения в медицинской имплантации, исследователи утверждают, эта технология имеет потенциал для такого использования.