ÜBung, tragbare Geräte, Schweiß und Strom
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Was wäre, wenn Sie den menschlichen Körper benutzen könnten, um elektronische Geräte zu versorgen?
Eine Gruppe von Wissenschaftlern an der Universität von Kalifornien San Diego (UCSD) tun genau das.
AdvertisementAdvertisementIn einem Artikel, der in der Zeitschrift Energy & Environmental Science veröffentlicht wurde, berichteten die Autoren über ihre kürzliche Erfindung eines flexiblen Hautpflasters, der Elektrizität aus menschlichem Schweiß erzeugt.
"Es ist wie eine Batterie, aber die Energie wird von einer Chemikalie namens Laktat erzeugt", sagte Amay Bandodkar, der erste Autor des Artikels, Healthline.
Vor kurzem arbeitete Bandodkar als Postdoktorand an der Northwestern University, wo er kürzlich an der UCSD einen Doktortitel in Nanoengineering erwarb.
Anzeige"Das Laktat im Schweiß wird hauptsächlich von diesem Pflaster verbraucht, das Elektrizität erzeugt, die für die Stromversorgung anderer medizinischer Geräte verwendet werden kann", sagte er.
Das Patch weist eine Leerlaufspannung von 0,5 Volt und eine Leistungsdichte von fast 1,2 Milliwatt pro Quadratzentimeter auf.
AdvertisementAdvertisementDies ist die bisher höchste Leistungsdichte für eine tragbare Biotreibstoffzelle. Tatsächlich ist es fast 10-mal leistungsstärker als frühere Geräte.
Bisher haben die Entwickler den Patch für die Stromversorgung einer Leuchtdiode (LED) und eines Bluetooth Low Energy (BLE) -Radios verwendet.
In der Zukunft glauben sie, dass es verwendet werden kann, um Sensoren zu versorgen, die entwickelt wurden, um die Gesundheit und Fitness des Trägers zu überwachen.
"Im Moment haben wir all diese tragbaren Sensoren und Systeme, die sperrige Batterien benötigen. Und oft ist das Gewicht der Batterie viel höher als das Gewicht des eigentlichen Gerätes ", erklärt Bandodkar. "Aber was Sie mit diesem Patch haben, ist ein On-Body-Energy-Harvesting-System, das Elektrizität von Ihrem Körper erzeugen und für andere tragbare Systeme nutzen kann. "
Durch den Verzicht auf sperrige Batterien können tragbare Biokraftstoffzellen den Experten helfen, kleinere und leichtere medizinische Geräte zu entwickeln, die am Körper getragen und auch von diesem angetrieben werden können.
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Dehnbar genug für die Haut
Obwohl mehr Forschung erforderlich ist, stellt dieses Pflaster eine bedeutende Entwicklung auf dem Gebiet der tragbaren Biotreibstoffzellen dar.
Zusätzlich zur hohen Leistungsdichte ist es flexibel genug, um sich dem menschlichen Körper anzupassen.
Werbung"Um ein tragbares Gerät herzustellen, müssen wir es sehr flexibel oder sogar dehnbar machen", sagte Yue Gu, Co-Autor des Papiers und Zweitjahres-Doktorand an der UCSD, gegenüber Healthline.
Andernfalls würde das Gerät unter der Belastung der Bewegung brechen.
AdvertisementAdvertisementUm ein flexibles Gerät zu schaffen, haben die Forscher starre 3D-Kohlenstoff-Nanoröhren-Strukturen zu einer dehnbaren "Insel-Brücke" -Konfiguration angeordnet.
Bei dieser Konstruktion sind fest verbundene Inseln durch Serpentinenbrücken verbunden.
Wenn sie bewegt werden, wickeln sich die Brücken ab und verformen sich.
AnzeigeDadurch können die Brücken Spannungen aufnehmen und gleichzeitig die Belastung der Inseln begrenzen.
"Wir konnten eine Menge aktiver Biotreibstoff-Zellmaterialien in diese 3D-Kohlenstoff-Nanoröhrchen-Strukturen einbauen", erklärte Bandodkar. "Dann waren wir in der Lage, diese starren Strukturen auf diese isolierten Inseln zu legen. Also, selbst wenn wir es gestreckt haben, wurde nichts von dieser Struktur erfahren. "
AdvertisementAdvertisement" So konnten wir die hohe Leistungsdichte beibehalten und gleichzeitig die weich dehnbaren Eigenschaften erhalten ", fügte Bandodkar hinzu.
Dieser innovative Ansatz ermöglichte es den Forschern, eine tragbare Biotreibstoffzelle zu schaffen, die trotz wiederholter Dehnung zwei Tage lang eine stabile Energie erzeugen kann.
Laut Gu ist es das erste Gerät, das eine Biotreibstoffzelle in das Inselbrücken-Design integriert.
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Zusammenarbeit ist der Schlüssel
Um ein solches Gerät zu entwickeln, ist interdisziplinäre Teamarbeit entscheidend.
Mitglieder von drei verschiedenen Forschungsgruppen an der UCSD waren an diesem Projekt beteiligt, einschließlich Gruppen, die von Co-Autoren Joseph Wang, PhD geleitet wurden; Sheng Xu, PhD; und Patrick Mercier, PhD.
"Professor Wangs Gruppe hat Erfahrung darin, die aktiven Komponenten der Biokraftstoffzelle herzustellen", erklärte Bandodkar. "Die Gruppe von Professor Xu verfügt über Erfahrung in der Herstellung dieser weichen, dehnbaren Inselbrückenstrukturen. Und die Gruppe von Professor Mercier hat Erfahrung in der Niedrigenergieelektronik. "
In der Vergangenheit haben Forscher dieser Gruppen auch an anderen tragbaren Technologien gearbeitet.
Zum Beispiel entwickelten Bandodkar, Wang und Kollegen zuvor tätowierungsähnliche Sensoren zur Überwachung von Elektrolyt- und Glukosespiegeln.
Sie sind jetzt daran interessiert zu erfahren, ob das Hautpflaster aus Biotreibstoffzellen dazu verwendet werden kann, solche Sensoren anzutreiben.
"Wenn wir an solchen Dingen arbeiten, ist die Batterie immer ein Problem", sagte Bandodkar. "Nun wollen wir diese Biotreibstoffzellen nutzen, um chemische Sensoren anzutreiben. Das ist etwas, das wir gerade erforschen. "
Durch ihre interdisziplinäre Zusammenarbeit tragen die Macher des Biokraftstoffzellen-Hautpflasters dazu bei, das Feld der tragbaren Gesundheitssensoren und -systeme voranzutreiben.
