Teamet har utvecklat ett sätt att fjärrladda ett batteri, som det i en pacemaker, med hjälp av en mjuk, biokompatibelt material som absorberar ljudvågor som passerar genom kroppen. Kredit:KAUST
Mjuka och flexibla material kan ladda bioelektroniska implantat med ultraljud, vilket skulle kunna bidra till att minska behovet av kirurgisk behandling.
Elektroniska apparater används alltmer för att avhjälpa allvarliga och långvariga hälsoproblem, såsom pacemakers för att reglera hjärtslag, elektroniska pumpar som frigör insulin, och implanterbara hörapparater. Viktiga designöverväganden för dessa komponenter syftar till att minimera storlek och vikt för patientens komfort, och de säkerställer att enheten inte är giftig för kroppen.
En annan stötesten är hur man driver enheterna. Batterier håller dem igång ett tag, men att byta batterier kräver invasiv kirurgi. Helst strömkällan måste laddas trådlöst.
En samarbetsstudie mellan grupperna av materialforskaren Husam Alshareef vid KAUST och den medicinska bildbehandlingsexperten Abdulkader A. Alkenawi vid King Saud bin Abdulaziz University for Health Sciences avslöjar ett sätt att fjärrladda ett batteri med en mjuk, biokompatibelt material som absorberar ljudvågor som passerar genom kroppen.
Hydrogeler är gjorda av långa polymermolekyler som är tvärbundna för att bilda ett tredimensionellt nätverk som kan hålla mycket vatten. Detta ger hydrogeler en flexibel och töjbar textur, men det betyder också att de är både elektriska ledare och biokompatibla, vilket gör dem idealiska för bioelektroniska applikationer.
En mikroenhet för läkemedelstillförsel skulle kunna implanteras under huden i stället för flera injektioner. Den kunde fjärrladdas med hjälp av lagets hydrogel. Kredit:KAUST
Kanghyuck Lee, huvudförfattare till studien, förklarar hur teamet kombinerade polyvinylalkohol med nanoark av MXene, en övergångsmetallkarbid, nitrid eller karbonitrid. "Precis som att lösa salt i vatten gör det ledande, vi använde MXene nanoflakes för att skapa hydrogelen, " säger Lee. "Vi blev förvånade över att finna att det resulterande materialet kan generera elektrisk kraft under påverkan av ultraljudsvågor."
Deras hydrogel, som de refererar till som M-gel, genererar en ström när ett applicerat tryck tvingar flödet av elektriska joner i vattnet, fylla hydrogelen. När detta tryck är resultatet av ultraljud, effekten kallas strömmande vibrationspotential.
KAUST-teamet bevisade konceptet genom att använda en rad ultraljudskällor, inklusive ultraljudsspetsar som finns i många labb och ultraljudssonderna som används på sjukhus för avbildning. De kunde snabbt ladda en elektrisk apparat begravd inom flera centimeter av nötkött.
"Detta är ytterligare ett exempel på den imponerande potentialen hos MXene-hydrogeler som vi har utvecklat i vårt laboratorium för avkännings- och energitillämpningar, sa Alshareef.
