Подписаться на новости
  • Сенатор
  • ООО "Ай Вао"
  • TechWeek
  • Биомолтекст2020
  • vsh25

Потейте и заряжайте батарейки

Электронная татуировка будет питаться от человеческого пота

Ася Горина, «Вести» по материалам American Chemical Society: Tattoo biobatteries produce power from sweat

Ряды носимых биомедицинских датчиков пополнились новой разработкой инженеров из Калифорнийского университета Сан-Диего: небольшая электронная татуировка крепится к телу человека и следит за состоянием его здоровья во время физических тренировок. Питаться устройство будет от человеческого пота, который с избытком выделяется при нагрузках средней и высокой интенсивности.

Учёные описали свою разработку в докладе, который прочитали на 248-м ежегодном собрании Американского химического сообщества. Принцип работы устройства основан на определении и реакции датчиков на молочную кислоту – вещество, присутствующее в составе пота.

«Уровень лактата может многое рассказать о состоянии организма во время физической нагрузки», – поясняет ведущий автор исследования Вэньчжао Цзя (Wenzhao Jia).

Чем интенсивнее тренировка, тем больше вырабатывается молочной кислоты. Во время напряжённой физической активности тело должно генерировать больше энергии, поэтому активизируется процесс, называемый гликолизом. В ходе него производится энергия и выделяется лактат, который можно обнаружить в крови.

Проблема заключается в том, что для слежения за уровнем физической активности количество молочной кислоты в крови необходимо анализировать довольно часто во время разных физических нагрузок. А сбор образцов и их анализ занимает много времени и усилий.

Поэтому Цзя и её коллеги разработали максимально удобный способ измерения содержания лактата во время физических упражнений. Они вживили небольшой гибкий датчик в растягивающуюся плёнку, которую можно прикрепить к коже как временную татуировку. Датчик содержит фермент, который вылавливает электроны из лактата, генерируя слабый электрический ток.


Схема из статьи Wenzhao Jia et al. Epidermal Biofuel Cells: Energy Harvesting from Human Perspiration 
(Angewandte Chemie, 2013) – ВМ.

Для тестирования технологии исследователи пригласили к себе в лабораторию 10 здоровых добровольцев и прикрепили к их коже новоизобретённые датчики. В ходе эксперимента учёные измеряли электрический ток, который производило устройство во время физической тренировки испытуемых – те крутили педали велотренажёра на протяжении получаса с постепенным повышением уровня сопротивления. Таким образом, исследователи смогли непрерывно контролировать уровни лактата в поте с течением времени и при изменении интенсивности упражнений.

Позднее Цзя и её команда решили превратить пот в источник питания биоаккумулятора. Батареи производят энергию при прохождении тока в виде электронов от анода к катоду. В данном случае анод содержал фермент, который извлекал электроны из лактата, а катод содержал молекулу, которая принимала электроны.

Пятнадцать волонтёров, которые тренировались на велотренажёре с татуировкой на теле, производили различные объемы электроэнергии. Интересно, что те, кто тренировался в среднем менее одного раза в неделю, производили больше энергии, чем те, кто подвергался физическим нагрузкам от одного до трёх раз в неделю. Меньше всего энергии производили те, кто предпочитает едва ли не ежедневные занятия спортом.

Максимальная производительность, зафиксированная среди добровольцев из «неспортивной» группы, составила 70 микроватт на квадратный сантиметр кожи.

«Это не так уж и много в обычном понимании, но мы уже работаем над повышением потенциала устройства. В конечном итоге мы должны довести технологию до такого уровня, чтобы пот мог питать небольшие электронные устройства. Прямо сейчас мы можем получить максимум 70 микроватт на квадратный сантиметр, но наши электроды имеют только 2-3 миллиметра в ширину и генерируют около 4 микроватт. Для питания, к примеру, часов, требуется, как минимум 10 микроватт», – поясняет Цзя.

В будущем учёным также предстоит решить проблему хранения энергии и разумного его расхода. Однако их биоаккумулятор уже обладает большими преимуществами перед аналогами: он биологически совместим, не выделяет токсичных веществ и использует возобновляемые источники энергии.

Портал «Вечная молодость» http://vechnayamolodost.ru
20.08.2014

Читать статьи по темам:

биосенсоры физическая активность экспресс-диагностика Версия для печати
Ошибка в тексте?
Выдели ее и нажми ctrl + enter
назад

Читать также:

Сенсор-наклейка для спортсменов, врачей и косметологов

Сенсоры в виде временной татуировки-наклейки помогут в диагностике заболеваний, связанных с нарушением обмена веществ, дадут сигнал об усталости спортсмена или его сильном обезвоживании и могут оказаться полезными в косметической промышленности для мониторинга секреции кожи.

читать

Бегуны со встроенными датчиками

В них встроены специальные датчики, отслеживающие множество параметров, которые собирают информацию и в режиме реального времени передают ее по модулю Bluetooth на смартфон или компьютер для дальнейшей оценки самим спортсменом или врачами.

читать

Живые биосенсоры для медицины и фармакологии

Универсальная мышиная модель, каждая клетка которой экспрессирует флуоресцирующий «биосенсор», позволяет наблюдать за пораженными болезнью клетками и введенными в организм препаратами в реальном времени в трех измерениях.

читать

Зажми в зубах биосенсор

Встроенный в тренировочную капу сенсор для мониторинга метаболитов в слюне может предоставить важную информацию о состоянии спортсмена в режиме реального времени.

читать

Мониторинг концентрации препаратов в крови on-line

Миниатюрное устройство в скором будущем позволит врачам в режиме реального времени следить за концентрацией препаратов в крови и назначать их дозировку не наугад, а на основании биологических особенностей организма пациента.

читать

Батарейка, растворимая без осадка

Использование «съедобных» батарей не ограничивается только «умными» таблетками. Они могут стать источником энергии для других «съедобных» медицинских устройств, снабженных различными датчиками и камерами.

читать