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海绵状太阳能电池可能成为更好的起搏器的基础
2022年06月13日    阅读量:     新闻来源:中国化工网 okmart.com  |  投稿

洞有助于使海绵和英式松饼变得有用(对于后者来说,更美味)。如果没有洞,它们就没有足够的柔韧性,无法弯曲成小裂缝,也无法吸收足量的果酱和黄油。

在一项新的研究中,芝加哥大学的科学家发现,孔洞还可以改善技术,包括医疗设备。这篇发表在《自然材料》杂志上的论文描述了一种制造太阳能电池的全新方法:在顶层蚀刻孔,使其多孔。这项创新可能为微创起搏器或类似医疗设备奠定基础。它可以与一个小光源配合使用,以减小目前与当今起搏器一起植入的笨重电池的尺寸。

“我们希望这为这一领域的进一步改进打开了许多可能性,”该论文的第一作者Aleksander Prominski说。

轻型工程

普罗明斯基是芝加哥大学化学家田博志实验室的成员,该实验室专门研究如何将生物组织和人造材料连接起来鈥攕例如用于调节大脑信号的电线和医疗植入物的表面。

他们感兴趣的领域之一是制造可由光供电的设备。我们最熟悉的技术是太阳能电池,但它们也可以使用任何光源,包括人造光源。当在体内工作时,这种装置被称为光电化学电池,可以通过植入体内的微小光纤供电。

通常,太阳能电池需要两层,这可以通过将硅与另一种材料(如金)结合,或将不同种类的原子混合到每一层硅中来实现。

但田实验室内的内奇卡哥科学家发现,如果他们能制造出一层多孔材料,比如海绵,就可以用纯硅制造出太阳能电池。

由此产生的柔软、柔韧的细胞直径可以小于5微米,约为单个红细胞的大小。然后,它可以与一根光纤配对,光纤可以制作得像一缕头发一样细鈥攕极大地减小了植入物的总体尺寸,使其对身体更加友好,并且不太可能引起副作用。

与传统太阳能电池的制造方法相比,多孔电池具有多种优势,简化了生产过程,同时保持了最终产品的功效。

普罗明斯基说:“你可以在几分钟内制造出来,而且这个过程不需要高温或有毒气体。”。

合著者史久云说:“当我们测量它们时,我们看到光电流非常高鈥攖wo数量级高于我们以前的设计。"

然后,为了增强这种材料刺激心脏或神经细胞的能力,他们用氧等离子体对其表面层进行氧化处理。田说,这一步骤对化学家来说是违反直觉的,因为氧化硅通常起到绝缘体的作用,“你不想让任何绝缘材料阻碍光电化学效应。”。然而,在这种情况下,氧化实际上有助于使硅材料亲水鈥攁t吸入水中鈥攚hich可以增强生物组织的信号。“最后,通过添加几层原子厚的金属氧化物,可以进一步增强器件的性能,”另一位研究合著者李鹏菊说。

因为所有的成分都可以生物降解,科学家们可以想象这项技术被用于短期心脏手术。几个月后,这些部件将自然退化,而不是进行第二次手术来移除。这种创新的方法对于名为心脏再同步治疗的程序也可能特别有用,该程序旨在纠正左室和右室不能及时跳动的心律失常,因为这些设备可以放置在心脏的多个区域以提高覆盖率。

Prominski还对神经刺激的可能应用感到兴奋。他说:“你可以想象在手腕或手部有慢性神经变性的人身上植入这样的装置,以缓解疼痛。”。

这种制造太阳能电池的新方法也可能对可持续能源或其他非医疗应用感兴趣。由于这些太阳能电池的设计是为了在液体环境中工作得最好,UChicago的科学家认为它们可以用于人造树叶和太阳能燃料等应用。

田的团队正在与芝加哥大学医学院的心脏研究人员合作,进一步开发这项技术,最终用于人类。他们还与UChicago Polsky创业与创新中心合作,将这一发现商业化。

岳继平、林毅良、朴继勋和梅纳赫姆·罗滕贝格也是这项研究的合著者。

标签:机械设备生物化学生物制药行业资讯
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