Bilim insanları, akıllı kontakt lenslere güç verebilecek, salin solüsyonuyla şarj edilen mikrometre inceliğinde pil icat etti

Singapur Nanyang Teknoloji Üniversitesi'nden (NTU Singapur) bilim adamları, insan korneası kadar ince, tuzlu su çözeltisine daldırıldığında elektrik depolayan ve bir gün akıllı kontakt lenslere güç verebilecek esnek bir pil geliştirdiler.

Akıllı kontakt lensler, kornealarımız üzerindeki görünür bilgileri görüntüleyebilen ve artırılmış gerçekliğe erişmek için kullanılabilen yüksek teknoloji ürünü kontakt lenslerdir. Mevcut kullanımlar arasında görüşün düzeltilmesine yardımcı olmak, kullanıcının sağlığını izlemek ve diyabet ve glokom gibi kronik sağlık sorunları olan kişiler için hastalıkları işaretlemek ve tedavi etmek yer alıyor. Gelecekte, kullanıcının gördüğü ve duyduğu her şeyi kaydedip bulut tabanlı veri depolama alanına iletmek için akıllı kontakt lensler geliştirilebilir.

Ancak gelecekteki bu potansiyele ulaşmak için bunları çalıştıracak güvenli ve uygun bir bataryanın geliştirilmesi gerekiyor. Mevcut şarj edilebilir piller, metal içeren tellere veya endüksiyon bobinlerine dayanır ve rahatsız edici olduğundan ve kullanıcı için risk teşkil ettiğinden insan gözüyle kullanıma uygun değildir.

NTU tarafından geliştirilen pil, biyouyumlu malzemelerden yapılmış ve lityum iyon piller veya kablosuz şarj sistemlerindekiler gibi kablolar veya toksik ağır metaller içermiyor. Etrafını saran tuzlu su çözeltisindeki sodyum ve klorür iyonlarıyla reaksiyona giren glikoz bazlı bir kaplamaya sahip olup pilin içerdiği su, elektriğin üretilmesi için 'tel' veya 'devre' görevi görüyor.

Pil, daha düşük konsantrasyonda sodyum ve potasyum iyonları içerdiğinden insan gözyaşlarıyla da çalıştırılabilir. Mevcut pili simüle edilmiş bir yırtılma çözümüyle test eden araştırmacılar, kullanıldığı her on iki saatlik kullanım döngüsünde pilin ömrünün bir saat daha uzayacağını gösterdi. Pil ayrıca harici bir güç kaynağı ile geleneksel olarak şarj edilebilir.

Araştırmayı yöneten NTU Elektrik ve Elektronik Mühendisliği Okulu'ndan (EEE) Doçent Lee Seok Woo şunları söyledi: "Bu araştırma basit bir soruyla başladı: Kontakt lens pilleri gözyaşlarımızla yeniden şarj edilebilir mi? Kendimiz için de benzer örnekler vardı. - insan teriyle çalışan giyilebilir teknoloji pilleri gibi şarj pilleri.

"Ancak, lens pilleri için önceki teknikler, pil elektrotunun bir tarafı şarj edildiğinden ve diğer tarafı şarj edilmediğinden mükemmel değildi. Bizim yaklaşımımız, benzersiz bir enzimatik reaksiyon ve kendi kendini indirgeme reaksiyonu kombinasyonu yoluyla bir pilin her iki elektrotunu da şarj edebilir. Şarj mekanizması, elektrik üretmek için sadece glikoz ve suya dayanıyor; her ikisi de insanlar için güvenli ve geleneksel pillerle karşılaştırıldığında atıldığında çevreye daha az zarar veriyor."

NTU'nun EEE'sinden bir araştırma görevlisi olan ilk yazar Dr. Yun Jeonghun şunları söyledi: "Akıllı kontakt lensler için en yaygın pil şarj sistemi, lenslerde metal elektrotlar gerektirir ve bunlar çıplak insan gözüne maruz kaldığında zararlıdır. Bu arada, bir başkası da Lenslere güç verme modu olan indüksiyonlu şarj, akıllı telefonlardaki kablosuz şarj pedine benzer şekilde, gücü iletmek için lensin içinde bir bobin bulunmasını gerektirir. Gözyaşı bazlı pilimiz, bu iki yöntemin ortaya çıkardığı iki olası endişeyi ortadan kaldırırken aynı zamanda yer tasarrufu sağlar. Akıllı kontakt lenslerin geliştirilmesinde daha fazla yenilik için."

Biyomedikal ve nano ölçekli optik alanında uzmanlaşan ve çalışmada yer almayan NTU Makine ve Havacılık ve Uzay Mühendisliği Okulu Doçenti Murukeshan Vadakke Matham, araştırma ekibi tarafından yapılan çalışmanın önemine dikkat çekerek şunları söyledi: "Bu pil glikoza dayalı olduğu için İnsanlarda doğal olarak bulunan ve gözyaşlarımızdaki gibi klorür ve sodyum iyonları tarafından desteklenen oksidazın insan kullanımına uygun ve uygun olması gerekir.Bunun yanında akıllı kontakt lens endüstrisi, ince, biyouyumlu ve insan kullanımına uygun bir pil arıyor. Ağır metaller içermiyor ve bu buluş, endüstrinin karşılanmamış bazı ihtiyaçlarını karşılamak için bunların geliştirilmesine daha da yardımcı olabilir."

Araştırma ekibi, NTU'nun inovasyon ve kurumsal şirketi NTUitive aracılığıyla patent başvurusunda bulundu. Ayrıca buluşlarını ticarileştirmeye çalışıyorlar.

Bulgular haziran ayında Nano Energy bilimsel dergisinde yayınlandı.

Bana bir akım ağla

Ekip, buluşlarını simüle edilmiş bir insan gözü kullanarak gösterdi. Yaklaşık 0,5 milimetre inceliğinde olan pil, lenslerin içine yerleştirilmiş cihazların çalışması için bazal gözyaşlarıyla (gözbebeklerimizin üzerinde ince bir film oluşturan sürekli gözyaşları) reaksiyona girerek elektrik gücü üretiyor.

Esnek ve düz pil, glikoz oksidaz kaplaması gözyaşlarındaki sodyum ve klorür iyonlarıyla reaksiyona girdiğinde, kontakt lenslerde güç ve akım ürettiğinde, indirgeme adı verilen bir işlem yoluyla elektriği boşaltıyor.

Ekip, pilin 45 mikroamperlik bir akım ve maksimum 201 mikrowattlık bir güç üretebildiğini, bunun da akıllı bir kontakt lense güç sağlamak için yeterli olacağını gösterdi.

Laboratuvar testleri pilin 200 defaya kadar şarj edilip boşaltılabileceğini gösterdi. Tipik lityum iyon pillerin ömrü 300 ila 500 şarj döngüsüdür.

Ekip, pilin kullanıcı uykudayken şarj edilmesi için yüksek miktarda glikoz, sodyum ve potasyum iyonu içeren uygun bir çözelti içinde en az sekiz saat tutulmasını öneriyor.

Ortak ilk yazar, NTU EEE'den doktora öğrencisi Bayan Li Zongkang şunları söyledi: "Kablosuz güç iletimi ve süper kapasitörler yüksek güç sağlasa da lensteki sınırlı alan miktarı nedeniyle bunların entegrasyonu önemli bir zorluk teşkil ediyor. Pil ve biyoyakıtın birleştirilmesiyle Hücrenin tek bir bileşene dönüşmesiyle pil, kablolu veya kablosuz bileşenler için ek alana ihtiyaç duymadan kendi kendini şarj edebiliyor. Ayrıca kontakt lensin dış kısmına yerleştirilen elektrotlar, gözün görüşünün engellenmemesini sağlıyor."

NTU ekibi, pilin deşarj edebileceği elektrik akımı miktarını artırmak için daha fazla araştırma yürütecek. Ayrıca teknolojilerini uygulamak için çeşitli kontakt lens şirketleriyle birlikte çalışacaklar.