Умная батарея для контактных линз, заряжаемая человеческими слезами

НТУ Сингапура

Подписываясь, вы соглашаетесь с нашими Условиями использования и политикой. Вы можете отказаться от подписки в любое время.

Исследователи из Наньянского технологического университета (NTU) в Сингапуре разработали батарею толщиной в микрометр, которая может питать умные контактные линзы и заряжаться слезами, говорится в пресс-релизе университета.

Контактные линзы уже давно используются для коррекции зрения. Благодаря технологическим достижениям компании работают над созданием более умных версий, подключающихся к таким устройствам, как смартфоны, и отображающих информацию близко к глазам пользователя. Такие приложения требуют, чтобы линзы имели внутреннюю батарею.

Компания Interest Engineering ранее сообщала, как компании управляют дисплеями дополненной реальности на умных контактных линзах. В этих устройствах используются чрезвычайно тонкие батареи с индукционными катушками и металлическими проводами, которые несут опасность для глаз пользователя. Исследовательская группа под руководством Ли Сок У, доцента Школы электротехники и электроники (EEE) НТУ, разработала батарею, в которой не используются металлы.

Батарея изготовлена ​​из биосовместимых материалов и имеет покрытие на основе глюкозы. Это покрытие может реагировать с ионами натрия и хлорида в воде внутри батареи, служа схемой для выработки электроэнергии. Поскольку ионы натрия и хлорида также содержатся в слезах, линзы можно практически заряжать по мере их ношения.

«Это исследование началось с простого вопроса: можно ли перезарядить батарейки контактных линз нашими слезами?» сказал Ву в пресс-релизе. «Предыдущие методы изготовления батарей для линз не были совершенными, поскольку одна сторона электрода батареи была заряжена, а другая — нет. Наш подход позволяет заряжать оба электрода батареи посредством уникальной комбинации ферментативной реакции и реакции самовосстановления». Поскольку в этом подходе используются глюкоза и вода, они безопасны для пользователя и окружающей среды после завершения жизни.

Поскольку батарея тоньше миллиметра, самый большой вопрос заключается в том, сколько энергии она может хранить и как долго ее можно использовать. Чтобы проверить свое изобретение, исследователи работали с смоделированной моделью глаза.

Их эксперименты показали, что батарея может производить ток силой 45 микроампер и максимальную мощность 201 микроватт. Такого количества мощности хватит для работы устройства большую часть дня.

Вот тут-то и помогает зарядка слезами. При хранении в растворе, имитирующем слезу, срок службы батареи можно продлить на дополнительный час за каждые двенадцать часов использования. Когда аккумулятор не используется, его можно хранить в концентрированном солевом растворе, который содержит большое количество ионов глюкозы, калия и натрия для зарядки.

Команда обнаружила, что батарея может выдержать 200 циклов зарядки-разрядки. «Хотя беспроводная передача энергии и суперконденсаторы обеспечивают высокую мощность, их интеграция представляет собой серьезную проблему из-за ограниченного пространства в линзе». сказал Ли Цзункан, доктор философии. студент НТУ, принимавший участие в этой работе. «Объединив батарею и биотопливный элемент в один компонент, батарея может заряжаться сама, не требуя дополнительного места для проводных или беспроводных компонентов. Кроме того, электроды, расположенные на внешней стороне контактной линзы, гарантируют, что зрение глаза нельзя препятствовать».

В настоящее время команда работает над увеличением количества электрического тока, который может разряжать аккумулятор, и сотрудничает с компаниями, производящими контактные линзы, чтобы вывести это на рынок.

Результаты исследования были опубликованы в журнале Nano Energy.

Абстрактный

«Умные» контактные линзы, разработанные для медицинского и личного применения, потребуют миниатюрных источников питания со встроенными батареями, что открывает многообещающие возможности. Однако зарядка аккумуляторов в небольших носимых устройствах является сложной задачей, поскольку трудно передавать электроэнергию через миниатюрное проводное соединение или устройство беспроводной передачи. Здесь мы разрабатываем безопасные батарейки на основе слезы, встроенные в контактные линзы, которые во время хранения заряжаются биотопливом. Ферментативные реакции глюкозооксидазы и самовосстановления проводящего полимера используются для зарядки катода и анода соответственно. Электроды встраиваются в контактную линзу и разряжаются в растворе искусственной слезы с последующей зарядкой в ​​растворе глюкозы посредством биореакции (так называемой биозарядки). Биозарядная батарея имеет разрядную емкость 45 мкА см-2 и максимальную мощность 201 мкВт см-2, ее работоспособность проверена в течение 15 циклов. Биоперезаряжаемую батарею также можно заряжать обычным способом от внешнего источника питания.