Sølv nanopartikler kan en dag være nøglen til enheder, der holder hjerterne stærke og stabile

Diamanter og guld kan få nogle hjerter til at flagre på Valentinsdag, men på et universitet i Buffalo laboratorium, sølv nanopartikler bliver designet til at gøre det modsatte.

Nanopartiklerne er en del af en ny familie af materialer, der skabes i laboratoriet hos SUNY Distinguished Professor og Greatbatch Professor of Advanced Power Sources Esther Takeuchi, PhD, der udviklede lithium/sølv-vanadiumoxid-batteriet. Batteriet var en vigtig faktor i at bringe implanterbare hjertedefibrillatorer (ICD'er) i produktion i slutningen af ​​1980'erne. ICD'er chokerer hjertet til en normal rytme, når det går i flimmer.

Tyve år senere, med mere end 300, 000 af disse enheder bliver implanteret hvert år, størstedelen af ​​dem er drevet af batterisystemet udviklet og forbedret af Takeuchi og hendes team. For det arbejde har hun opnået mere end 140 patenter, menes at være mere end nogen anden kvinde i USA. Sidste efterår, hun var en af ​​fire modtagere, der blev hædret i en ceremoni i Det Hvide Hus med National Medal of Technology and Innovation.

ICD batterier, generelt, nu varer fem til syv år. Men hun og hendes mand og medforsker, SUNY Distinguished Teaching Professor of Kemi Kenneth Takeuchi, PhD, og Amy Marschilok, PhD, UB forskningsassistent professor i kemi, udforsker endnu bedre batterisystemer, ved at finjustere bimetalliske materialer på atomniveau.

Deres forskning, der undersøger gennemførligheden for ICD-brug, er finansieret af National Institutes of Health, mens deres undersøgelse af nye, bimetalliske systemer er finansieret af det amerikanske energiministerium.

Indtil nu, deres resultater viser, at de kan lave deres materialer 15, 000 gange mere ledende ved første batteribrug på grund af in-situ (dvs. i det originale materiale) generation af metalliske sølv nanopartikler. Deres nye tilgang til materialedesign vil tillade udvikling af højere kraft, batterier med længere levetid end tidligere muligt.

Disse og andre forbedringer øger interessen for batterimaterialer og de revolutionerende enheder, som de kan muliggøre.

"Vi er måske på vej mod et tidspunkt, hvor vi kan lave batterier så små, at de - og de enheder, de driver - simpelthen kan sprøjtes ind i kroppen, " siger Takeuchi.
Lige nu, hendes team undersøger, hvordan man kan øge stabiliteten af ​​de nye materialer, de designer til ICD'er. Materialerne vil blive testet over uger og måneder i laboratorieovne, der efterligner en kropstemperatur på 37 grader Celsius.

"Det, der virkelig er spændende ved dette koncept, er, at vi tuner materialet på atomniveau, " siger Takeuchi. "Så ændringen i dets ledningsevne og ydeevne er iboende for materialet. Vi tilføjede ikke kosttilskud for at opnå det, vi gjorde det ved at ændre det aktive materiale direkte."

Hun forklarer, at nye og forbedrede batterier til biomedicinske applikationer kunne, på en praktisk måde, revolutionere behandlinger for nogle af de mest vedvarende sygdomme ved at lave gennemførlige anordninger, der ville blive implanteret i hjernen til behandling af slagtilfælde og psykisk sygdom, i rygsøjlen til behandling af kroniske smerter eller i det vagale nervesystem til behandling af migræne, Alzheimers sygdom, angst, selv fedme.

Og selvom batterier er en historisk teknologi, de er langt fra modne, Takeuchi noter. Dette forår, hun underviser i energilagringskurset på UB's Ingeniørhøjskole, og klassen er fyldt til sidste plads. "Jeg har aldrig set interessen for batterier så høj, som den er nu, " hun siger.