Будущее зрения: ученые разрабатывают гибкую роговицу

Автор: Наньянский технологический университет, 28 августа 2023 г.

Доцент Ли Сок У из Школы электротехники и электроники (EEE) НТУ держит гибкую батарею толщиной с человеческую роговицу. Фото: НТУ Сингапура.

Исследователи из Наньянского технологического университета в Сингапуре (NTU Singapore) создали гибкую батарею толщиной с человеческую роговицу. Это инновационное устройство для накопления энергии заряжается при погружении в солевой раствор и потенциально может стать топливом для умных контактных линз в будущем.

Умные контактные линзы — это высокотехнологичные контактные линзы, способные отображать видимую информацию на нашей роговице и используемые для доступа к дополненной реальности. Текущие области применения включают помощь в коррекции зрения, мониторинг здоровья владельцев, а также выявление и лечение заболеваний у людей с хроническими заболеваниями, такими как диабет и глаукома. В будущем могут быть разработаны интеллектуальные контактные линзы, способные записывать и передавать все, что видит и слышит пользователь, в облачное хранилище данных.

Однако для реализации этого будущего потенциала необходимо разработать безопасную и подходящую батарею для их питания. Существующие перезаряжаемые батареи основаны на проводах или индукционных катушках, содержащих металл и непригодных для использования в человеческом глазу, поскольку они неудобны и представляют опасность для пользователя.

Батарея, разработанная NTU, изготовлена ​​из биосовместимых материалов и не содержит проводов или токсичных тяжелых металлов, как, например, в литий-ионных батареях или системах беспроводной зарядки. Он имеет покрытие на основе глюкозы, которое реагирует с ионами натрия и хлорида в окружающем его солевом растворе, а вода, содержащаяся в батарее, служит «проводом» или «схемой» для выработки электроэнергии.

Батарея также может питаться от человеческих слез, поскольку они содержат ионы натрия и калия в более низкой концентрации. Испытывая нынешнюю батарею с помощью раствора, имитирующего слезу, исследователи показали, что срок службы батареи будет продлеваться на дополнительный час за каждый двенадцатичасовой цикл ее использования. Аккумулятор также можно заряжать традиционным способом от внешнего источника питания.

Доцент Ли и соавтор исследования мисс Ли Цзункан, доктор философии. Студент ЭЭЭ НТУ представляет батарею. Фото: НТУ Сингапура.

Доцент Ли Сок У из Школы электротехники и электроники (EEE) НТУ, который руководил исследованием, сказал: «Это исследование началось с простого вопроса: можно ли перезарядить батарейки контактных линз нашими слезами? Были аналогичные примеры самозаряжающихся батарей, например, для носимых устройств, которые питаются за счет человеческого пота.

«Однако предыдущие методы изготовления батарей для линз не были идеальными, поскольку одна сторона электрода батареи была заряжена, а другая — нет. Наш подход позволяет заряжать оба электрода батареи посредством уникальной комбинации ферментативной реакции и реакции самовосстановления. Помимо механизма зарядки, для выработки электроэнергии он использует только глюкозу и воду, оба из которых безопасны для человека и будут менее вредны для окружающей среды при утилизации по сравнению с обычными батареями».

Соавтор исследования д-р Юн Джонхун, научный сотрудник EEE NTU, сказал: «Наиболее распространенная система зарядки аккумулятора для умных контактных линз требует наличия металлических электродов в линзе, которые вредны, если подвергаются воздействию невооруженного человеческого глаза. Между тем, другой режим питания линз, индукционная зарядка, требует наличия катушки в объективе для передачи энергии, что очень похоже на беспроводную зарядную площадку для смартфона. Наша батарея на основе слез устраняет две потенциальные проблемы, связанные с этими двумя методами, а также освобождает место для дальнейших инноваций в разработке умных контактных линз».

Highlighting the significance of the work done by the research team, NTU School of Mechanical & Aerospace Engineering Associate Professor Murukeshan Vadakke Matham, who specializes in biomedical and nanoscaleThe nanoscale refers to a length scale that is extremely small, typically on the order of nanometers (nm), which is one billionth of a meter. At this scale, materials and systems exhibit unique properties and behaviors that are different from those observed at larger length scales. The prefix "nano-" is derived from the Greek word "nanos," which means "dwarf" or "very small." Nanoscale phenomena are relevant to many fields, including materials science, chemistry, biology, and physics." data-gt-translate-attributes="[{"attribute":"data-cmtooltip", "format":"html"}]"nanoscale optics and was not involved in the study, said: “As this battery is based on glucose oxidase, which occurs naturally in humans and powered by chloride and sodium ions, such as those in our tears, they should be compatible and suitable for human usage. Besides that, the smart contact lenses industry has been looking for a thin, biocompatible battery that does not contain heavy metals, and this invention could help further their development to meet some unmet needs of the industry.”/p>