211service.com
Galios generavimas iš širdies
Džordžijos technologijos instituto mokslininkai parodė, kad mažytis, beveik nematomas nanolaidelis gali paversti pulsuojančių, lenkančių žiurkės kūno raumenų energiją į elektros srovę. Jų nanogeneratorius kada nors galėtų sukurti medicininius implantus ir jutiklius, maitinamus širdies plakimu ar kvėpavimu.
Įtampos laidas: Vieną cinko oksido nanolaidą galima pritvirtinti prie žiurkės širdies, kur ji gamina elektros srovę, kai lenkiasi su kiekvienu dūžiu.
Cinko oksido nanolaidai turi pjezoelektrinį efektą, gamindami elektrą, kai jie patiria mechaninį įtempimą. Georgia Tech medžiagų mokslo ir inžinerijos profesorius Zhong Lin Wang ir jo grupė pirmą kartą pademonstravo šiuos nanolaidinius generatorius 2005 m. Nuo tada jie sukūrė prietaisus, galinčius panaudoti bėgančio žiurkėno energiją ir bakstelėjusius pirštus, taip pat sujungė savo pjezoelektrinius nanolaidelius su saulės elementais.
Naujausiame savo darbe, paskelbtame žurnale Pažangios medžiagos , Wang komanda rodo, kad nanogeneratorius veikia gyvo gyvūno viduje. Tyrėjai uždėjo cinko oksido nanolaidą ant lankstaus polimero pagrindo ir įdėjo prietaisą į polimero korpusą, kad apsaugotų jį nuo kūno skysčių. Tada jis buvo pritvirtintas prie žiurkės diafragmos. Graužikų kvėpavimas ištempė nanolaidą, o prietaisas sukūrė keturių pikoamperų srovę esant dviem milivoltams. Prijungus prie žiurkės širdies, prietaisas davė 30 pikoamperų esant trims milivoltams.
Cinko oksido nanogeneratoriai būtų idealus energijos šaltinis nano masto jutikliams, kurie stebi kraujospūdį ar gliukozės kiekį ir aptinka vėžio biomarkerius. Jie gali veikti su mažu maždaug vieno mikrovato galios lygiu, tačiau norint, kad jie būtų tikrai nano mastelio, jiems reikia ilgalaikio nano dydžio maitinimo šaltinio, o ne baterijos. Mūsų pagrindinis tikslas yra sukurti savarankiškai maitinamus nano prietaisus medicinos reikmėms, sako Wang.
Įrenginių generuojamos galios femtovatų skalė yra per maža, kad būtų praktiška šiuo metu (galia = srovė x įtampa). Tačiau tai netrukus turėtų pasikeisti, sako Zhang. Nors tyrėjai išbandė tik vieną nanolaidų įrenginį žiurkės viduje, jie taip pat sukūrė įrenginį, kuris integruoja šimtus nanolaidelių į masyvą. Šis prietaisas, apie kurį mokslininkai neseniai pranešė žurnale Gamtos nanotechnologijos, duoda apie 100 nanoamperų išėjimo srovę esant 1,2 volto įtampai ir sukuria 0,12 mikrovatų galią. Wang sako, kad kitas žingsnis yra prijungti šį didesnės galios nanogeneratorių prie nano jutiklio gyvūno viduje.
Egzistuoja geresnės pjezoelektrinės medžiagos nei cinko oksido nanolaidai, todėl jas taip pat svarstoma naudoti biomedicinoje. Veiksmingiausia žinoma pjezoelektrinė medžiaga yra PZT, švino, cirkonio ir titano junginys. Jis 10 kartų efektyviau nei cinko oksidas mechaninį įtempį paverčia elektros srove, sakoma Michaelas McAlpinas , Prinstono universiteto mechanikos inžinerijos profesorius. Įterpdamas PZT tarp silikono gabalėlių, jis pagamino medžiagą, kuri gali surinkti 80 procentų sulenktos energijos. Kaip ir Wangas, jis daugiausia dėmesio skiria medžiagos naudojimui medicininiams implantams maitinti.
McAlpine'as teigia, kad medžiaga suteikia 10 nanovatų galios, kai žmogus bakstelėjo pirštais. Didesni lakštai gali generuoti pakankamai energijos širdies stimuliatoriui įkrauti, tačiau medžiaga dar nebuvo išbandyta su gyvūnais. Čia cinko oksidas gali turėti pranašumą prieš PZT, nes jis yra biologiškai suderinamas. Dėl PZT švino prietaisas turi būti tvirtai apgaubtas silikonu arba kitu biologiškai suderinamu polimeru.
Tačiau didžiausias abiejų medžiagų iššūkis bus gauti didesnę galią, sako McAlpine. Nuostabu, kad jie galėjo implantuoti šiuos įrenginius šiems gyvūnams ir gauti elektros energiją, sako jis. Tačiau vis tiek turime nuveikti toli su savo įrenginiais, kad gautume prasmingą galią.