Batteria per lenti a contatto intelligenti caricata da lacrime umane

NTU Singapore

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I ricercatori della Nanyang Technological University (NTU) di Singapore hanno ideato una batteria sottile un micrometro in grado di alimentare lenti a contatto intelligenti ed essere caricata con lacrime, si legge in un comunicato stampa dell'università.

Le lenti a contatto sono utilizzate da tempo per la correzione della vista. Con i progressi tecnologici, le aziende hanno lavorato per realizzare versioni più intelligenti, collegandosi a dispositivi come gli smartphone e visualizzando le informazioni vicino agli occhi di chi lo indossa. Tali applicazioni richiedono che gli obiettivi abbiano una batteria interna.

Interessante Engineering ha precedentemente riferito come le aziende hanno gestito i display di realtà aumentata sulle lenti a contatto intelligenti. Questi dispositivi utilizzano batterie estremamente sottili con bobine di induzione e fili costituiti da metalli, che comportano rischi per gli occhi dell'utente. Un gruppo di ricerca guidato da Lee Seok Woo, assistente professore presso la School of Electrical and Electronic Engineering (EEE) della NTU, ha ora ideato una batteria che utilizza qualsiasi metallo.

La batteria è costituita da materiali biocompatibili e ha un rivestimento a base di glucosio. Questo rivestimento può reagire con gli ioni sodio e cloruro presenti nell'acqua all'interno della batteria, fungendo da circuito per la generazione di elettricità. Poiché gli ioni sodio e cloruro si trovano anche nelle lacrime, le lenti potrebbero praticamente caricarsi mentre l'utente le indossa.

"Questa ricerca è iniziata con una semplice domanda: è possibile ricaricare le batterie delle lenti a contatto con le nostre lacrime?" ha detto Woo in un comunicato stampa. "Le tecniche precedenti per le batterie per lenti non erano perfette poiché un lato dell'elettrodo della batteria era carico e l'altro no. Il nostro approccio può caricare entrambi gli elettrodi di una batteria attraverso una combinazione unica di reazione enzimatica e reazione di autoriduzione." Poiché l'approccio utilizza glucosio e acqua, sono sicuri per l'utente e per l'ambiente una volta completata la vita.

Poiché la batteria è più sottile di un millimetro, la domanda più grande è quanta energia può immagazzinare e per quanto tempo può essere utilizzata. Per testare la loro invenzione, i ricercatori hanno lavorato con un modello di occhio simulato.

Dai loro esperimenti è emerso che la batteria può produrre una corrente di 45 microampere e una potenza massima di 201 microwatt. Questa quantità di energia sarà sufficiente per far funzionare il dispositivo per gran parte della giornata.

È qui che aiuta anche la carica di lacrime. Se conservata in una soluzione lacrimale simulata, la durata della batteria può essere prolungata di un'ora aggiuntiva ogni dodici ore di utilizzo. Quando non viene utilizzata, la batteria può essere conservata in una soluzione salina concentrata che contiene elevate quantità di ioni glucosio, potassio e sodio per la ricarica.

Il team ha scoperto che la batteria può subire 200 cicli di carica-scarica. "Sebbene la trasmissione di potenza wireless e i supercondensatori forniscano elevata potenza, la loro integrazione rappresenta una sfida significativa a causa della quantità limitata di spazio nell'obiettivo." ha detto Li Zongkang, un Ph.D. studente della NTU che è stato coinvolto in questo lavoro. "Combinando la batteria e la cella a biocarburante in un unico componente, la batteria può caricarsi senza bisogno di spazio aggiuntivo per componenti cablati o wireless. Inoltre, gli elettrodi posizionati sul lato esterno della lente a contatto assicurano che la visione dell'occhio non può essere ostacolato."

Il team sta ora lavorando per aumentare la quantità di corrente elettrica che la batteria può scaricare e sta collaborando con le aziende produttrici di lenti a contatto per introdurla sul mercato.

I risultati della ricerca sono stati pubblicati sulla rivista Nano Energy.

Astratto

Le lenti a contatto intelligenti sviluppate per applicazioni mediche e personali richiederanno alimentatori miniaturizzati, con batterie integrate che forniranno opzioni promettenti. Tuttavia, caricare le batterie in piccoli dispositivi indossabili è impegnativo perché è difficile trasferire l’energia elettrica attraverso una connessione cablata miniaturizzata o un’unità di trasmissione wireless. Qui sviluppiamo batterie sicure a base di lacrime integrate nelle lenti a contatto che vengono caricate dal biocarburante durante la conservazione. Le reazioni enzimatiche della glucosio ossidasi e l'autoriduzione del polimero conduttore vengono utilizzate per caricare rispettivamente il catodo e l'anodo. Gli elettrodi vengono incorporati in una lente a contatto e scaricati in una soluzione lacrimale artificiale seguita dalla carica in una soluzione di glucosio tramite una bioreazione (chiamata biocarica). La batteria di biocarica mostra una capacità di scarica di 45 μA cm− 2 e una potenza massima di 201 μW cm− 2, con prestazioni verificate su 15 cicli. La batteria bioricaricabile può essere caricata anche in modo convenzionale tramite un alimentatore esterno.