На информационном ресурсе применяются рекомендательные технологии (информационные технологии предоставления информации на основе сбора, систематизации и анализа сведений, относящихся к предпочтениям пользователей сети "Интернет", находящихся на территории Российской Федерации)

Созданы топливные элементы, которые могут работать на крови

В ближайшее время, кровь сможет производить электроэнергию. Исследователи из Китая и США разработали миниатюрные топливные элементы, которые могут производить электроэнергию из биологических жидкостей.

Команда из Университета Цинхуа в Пекине успешно создала топливные элементы путем соединения двух ферментов с помощью нанопроводов из полимерного композита, способных проводить одиночные протоны.

Этот топливный элемент способен генерировать электроэнергию в крови человека и соке арбуза.

Рисунок 1. а) Схематическое изображение электрохимической ячейки. b) Электрохимическая ячейка, помещенная в раствор, содержащий глюкозу, и подключенная к внешней цепи.

 

Рисунок 2. а) Схематическое изображение электрохимической ячейки, подключенной к внешней цепи. b),c) Отклик биосенсора по току, измеряющего уровень содержания глюкозы, без перемешивания и при перемешивании раствора. d) Отклик pH-метра по току. e) Отклик фотонного сенсора по току.


Исследования утверждают, что новые топливные элементы способны генерировать до 0,5-3 микроватт. Интегрированный с множеством сенсоров на основе нанопроводов для выполнения автономного зондирования, элемент может привести к разработке автономных наноустройств для мониторинга окружающей среды, биологических наук, персональной электроники и военной техники. IDTechEx, компания, которая проводит исследования и анализ по вопросам производства энергии, также верит в это.

 

 

Прогресс в разработке наноразмерных устройств различного назначения не стоит на месте. Однако не менее важно, чтобы параллельно с ними развивались столь же миниатюрные, но вместе с тем достаточно мощные источники питания. Именно недостаточная мощность - основной недостаток разработанных к настоящему времени источников питания для наноустройств. Поэтому вполне логично, что определенный интерес вызывают источники питания, используемые в живых организмах, например, молекулы глюкозы.

В частности, международный коллектив исследователей предложил электрохимическую ячейку оригинальной конструкции (рис.1). В качестве катализаторов на катоде и аноде используются лакказа и глюкозоксидаза, соответственно. Глюкозоксидаза катализирует окисление beta-D-глюкозы молекулярным кислородом, однако ее активность довольно ограничена, поскольку ее кофактор, флавинадениндинуклеотид (ФАД), закрыт белковой оболочкой. В то же время известно, что иммобилизованная на поверхности углеродной нанотрубки (УНТ) глюкозоксидаза демонстрирует биокаталитическую активность. Поэтому нанонити из композита Нафион / поливинилпирролидон ("протонный мостик"), соединяющий золотые электроды, предварительно диспергировали в растворе УНТ. Таким образом, при заправке рассматриваемой ячейки "топливом", а именно раствором содержащем глюкозу, на аноде глюкоза окисляется до глюконолактона, в то же время на катоде происходит восстановление кислорода с образованием воды.

Чтобы продемонстрировать потенциал предложенной электрохимической ячейки, авторы статьи интегрировали ее в pH-метр и биосенсор для измерения уровня содержания глюкозы. Полученные устройства продемонстрировали быстрый отклик при добавлении щелочи и раствора глюкозы соответственно (рис.2). Что же касается мощности ячейки, то, как и предполагалось, она значительно превосходит другие источники питания, например, наноразмерная солнечная батарея на основе одиночной нанонити обладает мощностью 50-200 пВт, в то время как мощность рассмотренной в статье электрохимической ячейки составляет 0.5-3 мкВт. Кроме того, ячейка может применяться для питания наноустройств, которые предназначены для использование в условиях с ограниченным доступом света, когда невозможно применение солнечных батарей.

 

наверх