Tým pod vedením Richarda Kanera, významného profesora chemie, biochemie a inženýrství, minulý týden zveřejnil v časopise Advanced Energy Materials článek o jejich novém zařízení s názvem superkapacitor.

Kardiostimulátory a další implantáty, které napomáhají při regulaci činností lidského organismu a zachraňují tak nespočet životů po celém světě, mají své limity zejména v oblasti dodávky elektrické energie. Většinou jsou totiž napájeny z klasických bateriových článků, které po určité době svojí energii vyčerpají.V takovém případě musí být pacient reoperován a podstupuje tak riziko infekce, nebo jiných komplikací.

Z těchto důvodů vědci vytvořili návrh superkapacitoru, který umožní implantovat do těla pacienta bezbateriové elektronické zařízení.

Jak to celé funguje a co je to superkapacitor

Nový superkapacitor pracuje s nábojem elektrolytů obsažených v biologických tekutinách, jako jsou například krevní sérum a moč. Samotné zařízení však elektřinu nevytvoří, a proto musí pracovat paralelně se specializovaným sběračem energie. Tento z dvojice přístrojů přemění teplo a pohyb z lidského těla na elektrickou energii, která je následně zachycena superkapacitorem. Zcela základní princip je tedy podobný například automatickým hodinkám, které jsou poháněny pohybem jejich majitele.

„Kombinací sběrače a superkapacitoru dosáhneme stálého zdroje energie pro implantovaná zdravotnická zařízení,“ uvedl Maher El-Kady, výzkumný pracovník UCLA a spoluautor studie.

Moderní kardiostimulátor má obvykle tloušťku 6 –8 milimetrů a průměr přibližně jako korunová mince, kde alespoň polovinu zabírá osazení baterie. Nový superkapacitor má tloušťku pouze 1 mikrometr a je tedy mnohem tenčí než lidský vlas. V praxi to znamená, že můžeme výrazně zvýšit energetickou účinnost každého implantovaného zařízení v lidském těle.

Nový superkapacitor na rozdíl od bateriových článků nepoužívá žádné chemické reakce, ale využívá ionty, nebo nabité molekuly přímo z krevního séra. Nový zdroj energie obsahuje uhlíkový nanomateriál zvaný grafen, který je vrstvený s modifikovanými lidskými proteiny, jež zastávají funkci elektrody. 

„Samotný superkapacitor, není úplnou novinkou, ale doteď nikdo nepřišel s použitelným konceptem této technologie v biologickém provedení, která je na rozdíl od baterie 100% nezávadná pro lidské zdraví,“ uvedl Islam Mosa, student univerzity a spoluautor studie.

„Aby byl kardiostimulátor bez akumulátorů efektivní, musí mít superkapacitor, který dokáže zachytit, ukládat a přenášet energii velmi rychle a konstatně. Běžné superkapacitory jsou pro tyto účely příliš pomalé,“ dále pokračoval Mosa.