Angolna ihlette: a „zselés akkumulátor” forradalmasíthatja az orvosi implantátumokat és a viselhető eszközöket

A Cambridge-i Egyetem kutatóinak köszönhető, innovatív zselés akkumulátor végleges változata nemcsak viselhető eszközökben jelenhet meg. A technológia rendkívül hasznosnak ígérkezik a lágy robotikában és az orvosi implantátumok gyártásában. Az alkalmazhatósága már most egy olyan jövő felé mutat, ahol a modern elektronikai cikkek tervezését és használatát már nem akadályozzák nehéz, merev áramforrások.

Az új akkumulátor anyaga és működési elve az elektromos angolnák módosított izomsejtjeit utánozza. Mivel ezek az állatok úgynevezett elektrocitákkal bénítják meg a vízben a zsákmányukat, ezt a természetes rendszert másolták le, hasonló hatás mesterséges előállítása érdekében. Az elektrocitákhoz hasonlóan a cambridge-i kutatók által kifejlesztett zselés anyag is réteges szerkezetű, ami lehetővé teszi, hogy elektromos áramot vezessen.

A „zselés akkumulátorok” különlegessége, hogy eredeti hosszúságuk több mint tízszeresére nyújthatók anélkül, hogy a vezetőképességük csökkenne, és ez az első alkalom, hogy ilyen mértékű nyújthatóságot és vezetőképességet egyetlen anyagban sikerült kombinálni – állítják a tudósok a Science Advances hasábjain.

„Nehéz olyan anyagot tervezni, ami egyszerre rendkívül nyújtható és vezetőképes, mivel ezek a tulajdonságok általában ellentétesek egymással: a vezetőképesség csökken, amikor egy anyagot megnyújtanak” – magyarázta a kutatás talán legnagyobb kihívását Stephen O’Neill, a tanulmány vezető szerzője. Dr. Jade McCune társszerző hozzátette: „normál esetben a hidrogélek semleges töltésű polimerekből készülnek, de feltöltés után vezetőképessé válhatnak. Ha megváltoztatjuk a gélek sókomponensét, ragacsosakká alakulnak és több rétegben összepréselhetők, így nagyobb energiapotenciált építhetünk fel.”

Így készül a zselés akkumulátor

A hagyományos elektronikai eszközök merev fémes anyagokat használnak, amelyekben az elektronok a töltéshordozók, míg a zselés akkumulátorok ionokat használnak töltéshordozóként, hasonlóan az elektromos angolnákhoz. A hidrogélek erősen tapadnak egymáshoz a rétegek közötti visszafordítható kötések révén, amelyek hordó alakú molekulák, ún. cucurbiturilok segítségével alakulnak ki. Az erős tapadás lehetővé teszi a zselés akkumulátorokat nyújtását, anélkül, hogy a rétegek szétválnának vagy a vezetőképesség csökkenne.

„A hidrogélek mechanikai tulajdonságait személyre szabhatjuk, hogy illeszkedjenek az emberi szövetekhez. Mivel nem tartalmaznak merev komponenseket, mint például a fém, egy hidrogél implantátum sokkal kevésbé valószínű, hogy kilökődést vagy hegképződést okoz” – fűzte hozzá a kutatást vezető Oren Scherman professzor.

A tudósok most további kísérleteket terveznek, hogy teszteljék a hidrogéleket élő szervezetekben is, majd értékeljék azok alkalmasságát orvosi felhasználásra. A kutatást az Európai Kutatási Tanács és a Mérnöki és Fizikai Tudományok Kutatási Tanácsa finanszírozta.

Főoldali kép: Cambridge-i Egyetem – Scherman Laboratórium