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Les scientifiques d'UMD développent la batterie courant-produisante ionique biocompatible neuve

Les techniciens à l'Université du Maryland ont inventé un genre entièrement neuf de batterie. Elle est biocompatible parce qu'elle produit le même genre d'énergie électrique basée sur ion employée par des êtres humains et d'autres choses vivantes.

Dans nos fuselages, les ions circulants (sodium, potassium et d'autres électrolytes) sont les signes électriques qui actionnent le cerveau et règlent le rythme du coeur, le mouvement des muscles, et beaucoup plus.

Dans des batteries traditionnelles, l'énergie électrique, ou le courant, entre dans la forme des électrons mobiles. Ce courant des électrons hors de la batterie est produit dans la batterie en déménageant les ions positifs d'une extrémité (électrode) d'une batterie à l'autre. La batterie neuve d'UMD fait l'opposé. Elle déménage des électrons autour dans le dispositif pour fournir l'énergie qui est un flux des ions. C'est la première fois qu'une batterie courant-produisante ionique a été inventée.

« Mon intention est pour que les systèmes ioniques se connectent par interface aux systèmes humains, » a dit Liangbing HU, le chef du groupe qui a développé cette batterie. HU est un professeur de science des matériaux à l'Université du Maryland, stationnement d'université. Il est également un membre du centre de recherche d'énergie d'Université du Maryland et un investigateur principal du Nanostructures pour le centre de recherche de frontière d'énergie de stockage de l'énergie électrique, parrainé par le Département de l'énergie, qui a financé l'étude.

« Ainsi j'ai proposé le modèle inverse d'une batterie, » HU a dit. « Dans une batterie typique, électrons traversez les fils pour relier l'électronique, et les ions traversent le séparateur de batterie. Dans notre modèle inverse, une batterie traditionnelle court- électroniquement (ce les électrons de moyens traversent les fils en métal). Alors les ions doivent traverser les câbles ioniques d'extérieur. Dans ce cas, les ions dans le câble ionique - ici, fibres d'herbe -- peut se connecter par interface aux systèmes vivants. »

Le travail de HU et de ses collègues était publié dans la question du 24 juillet des transmissions de nature.

Les « applications possibles pourraient comprendre le développement du prochain rétablissement des dispositifs micro-pour manipuler les activités et les interactions neuronales qui peuvent éviter et/ou traiter des problèmes médicaux tels que la maladie d'Alzheimer et la dépression, » ont dit le membre du groupe Jianhua Zhang, PhD, un scientifique de personnel à l'institut national du diabète et des maladies rénales digestives et (Institut national du diabète et des maladies digestives et de rein), une partie des instituts de la santé nationaux dans Bethesda, DM.

« La batterie pourrait être utilisée pour développer des matériels médicaux pour les handicapés, ou pour un médicament plus efficace et les outils de la distribution de gène dans la recherche et les réglages cliniques, comme voie plus avec précision aux cancers de festin et à d'autres maladies médicales, ont indiqué Zhang, qui a effectué des expériences biologiques pour vérifier que la batterie neuve a avec succès communiqué le courant à les cellules vivantes.

« Examinant loin en avant sur l'horizon scientifique, un l'espère également que cette invention peut aider à déterminer la possibilité de machine et communication humaine directes, » a dit.

Biocompatible, batteries de matière biologique

Puisque les cellules vivantes travaillent au courant ionique et les batteries existantes fournissent un courant électronique, les scientifiques ont précédemment essayé de figurer à l'extérieur comment produire le biocompatibility entre ces deux en corrigeant un courant électronique dans un courant ionique. Le problème avec cette approche est qu'actuel électronique doit atteindre une certaine tension pour sauter l'écartement entre les systèmes électroniques et les systèmes ioniques. Cependant, dans les courants ioniques de systèmes vivants entrez à une tension très basse. Ainsi, avec une correction électronique-à-ionique le courant induit serait trop élevé pour faire fonctionner par exemple un cerveau ou un muscle. On pourrait éliminer ce problème à l'aide des batteries actuelles ioniques, qui pourraient être faites fonctionner à n'importe quelle tension.

La batterie neuve d'UMD a également une autre caractéristique exceptionnelle - elle emploie l'herbe pour enregistrer son énergie. Pour effectuer la batterie, l'équipe a imbibé des lames de bluegrass de Kentucky dans la solution de sel de lithium. Les glissières qui ont par le passé déménagé des éléments nutritifs à travers la lame d'herbe étaient les conduits idéaux pour retenir la solution.

La batterie de démonstration l'équipe de recherche a produit des ressembler à deux tubes de verre avec une lame d'herbe à l'intérieur, chacun relié par un fil mince en métal au haut. Le fil est où les électrons traversent pour déménager d'une extrémité de la batterie à l'autre car les écoulements d'énergie enregistrée lentement. À l'autre bout de chaque tube de verre est un bout en métal par lequel le courant ionique passe.

Les chercheurs prouvés que le courant ionique circule en touchant les extrémités de la batterie dans l'un ou l'autre d'extrémité d'une chaîne de caractères lithium-imbibée de coton, avec un point des ions de cuivre bleu-colorés au milieu. Rattrapé dans le courant ionique, le cuivre a déménagé le long de la chaîne de caractères vers négativement - le pôle chargé, juste comme les chercheurs prévoyaient.

« Les microcanaux dans l'herbe peuvent retenir la solution de sel, leur effectuant un conducteur ionique stable, » a dit Chengwei Wang, le premier auteur du papier et d'un étudiant de troisième cycle dans le service de scientifique et technique de matériaux à l'Université du Maryland en stationnement d'université.

Cependant, l'équipe planification pour diversifier les types de batteries actuelles ioniques d'électron qu'ils peuvent produire. « Nous développons les conducteurs ioniques multiples avec la cellulose, des hydrogels et des polymères, » a dit Wang.

Ce n'est pas la première fois que les scientifiques d'UMD ont vérifié les matériaux naturels dans des utilisations neuves. HU et son équipe précédemment avaient étudié la cellulose et les matières végétales pour les batteries électroniques, produisant une batterie et un supercapacitor hors du bois et d'une batterie d'une lame. Ils également ont produit le bois transparent comme remontage potentiellement plus de rendement optimum pour des vitraux.

Travail créatif

Cinglez Liu, un professeur agrégé dans nanoengineering à l'Université de Californie, San Diego, qui n'était pas impliquée avec l'étude, a dit : « Le travail est très créatif et sa valeur principale est en fournissant le flux ionique à de bio systèmes sans poser d'autres dangers à eux. Éventuellement, le choc du travail demeure réellement dedans si on peut trouver de plus petits et plus biocompatibles matériaux de jonction qui se connectent par interface alors aux cellules et aux organismes plus directement et efficacement. »