Oplad batterier gennem huden med permanent implanterbar enhedskoncept

Bløde og fleksible materialer kan ultralyd oplade bioelektroniske implantater, som kunne være med til at mindske behovet for kirurgisk behandling.

Elektroniske enheder bruges i stigende grad til at afhjælpe alvorlige og langsigtede helbredsproblemer, pacemakere til at regulere hjerteslag, elektroniske pumper, der frigiver insulin, og implanterbare høreapparater. Nøgledesignovervejelser for disse komponenter sigter mod at minimere størrelse og vægt for patientens komfort, og de sikrer, at enheden ikke er giftig for kroppen.

En anden anstødssten er, hvordan man driver enhederne. Batterier holder dem i gang et stykke tid, men udskiftning af batterierne kræver invasiv kirurgi. Ideelt set strømkilden skal genoplades trådløst.

Et samarbejde mellem grupperne af materialeforsker Husam Alshareef ved KAUST og medicinsk billedbehandlingsekspert Abdulkader A. Alkenawi ved King Saud bin Abdulaziz University for Health Sciences afslører en måde at fjernoplade et batteri ved hjælp af en blød, biokompatibelt materiale, der absorberer lydbølger, der passerer gennem kroppen.

Hydrogeler er lavet af lange polymermolekyler, der er tværbundet for at danne et tredimensionelt netværk, der kan rumme meget vand. Dette giver hydrogeler en fleksibel og strækbar tekstur, men det betyder også, at de både er elektriske ledere og biokompatible, hvilket gør dem ideelle til bioelektroniske applikationer.

Kanghyuck Lee, hovedforfatter af undersøgelsen, forklarer, hvordan holdet kombinerede polyvinylalkohol med nanoplader af MXene, et overgangsmetalcarbid, nitrid eller carbonitrid. "Ligesom opløsning af salt i vand gør det ledende, vi brugte MXene nanoflakes til at skabe hydrogelen, " siger Lee. "Vi var overraskede over at opdage, at det resulterende materiale kan generere elektrisk strøm under påvirkning af ultralydsbølger."

Deres hydrogel, som de refererer til som M-gel, genererer en strøm, når et påført tryk tvinger strømmen af ​​elektriske ioner i vandet, påfyldning af hydrogelen. Når dette tryk er resultatet af ultralyd, effekten kaldes streaming vibrationspotentiale.

KAUST-teamet beviste konceptet ved at bruge en række ultralydskilder, inklusive ultralydsspidser fundet i mange laboratorier og ultralydsonder, der bruges på hospitaler til billeddannelse. De var i stand til hurtigt at oplade en elektrisk enhed begravet inden for flere centimeter af oksekød.

"Dette er endnu et eksempel på det imponerende potentiale af MXene hydrogeler, vi har udviklet i vores laboratorium til sansning og energiapplikationer, " sagde Alshareef.