Pin kẽm tương thích sinh học với chất điện phân polymer Zn-alginate
Sơ đồ minh họa quy trình chuẩn bị tại chỗ, tính chất và cấu trúc của chất điện phân polyme Zn-Alg-5 sử dụng điện cực Zn hình dây cho pin Zn. Tín dụng: Nhà xuất bản Khoa học Trung Quốc
Các thiết bị điện tử có thể cấy ghép và đeo trên người đã mở ra nhiều cơ hội để kiểm soát tình trạng bệnh tật và theo dõi sức khỏe, nhưng sự an toàn không ngừng do pin gây ra đặt ra một rào cản ghê gớm đối với ứng dụng, đặc biệt là đối với các thiết bị y sinh.
Trong nhiều trường hợp, có những biến chứng tàn khốc tiềm ẩn liên quan đến pin độc hại và không ổn định nằm trong chất hữu cơ, dẫn đến hoại tử hóa lỏng tương ứng, phá hủy mô và các vết thương liên quan đến bỏng nặng. Do đó, các hệ thống lưu trữ năng lượng an toàn sinh học rất cần được quan tâm đúng mức.
Pin dựa trên kẽm (ZB) chứa nước thu hút sự chú ý ngày càng tăng đối với các ứng dụng tiềm năng trong các thiết bị đeo được và cấy ghép hiện đại do tính an toàn nội tại, dung lượng cao và độ ổn định của chúng. Tuy nhiên, làm thế nào để giải quyết các vấn đề về thiết kế an toàn sinh học và hiệu suất điện hóa không đầy đủ của ZB cần được cải thiện hơn nữa khi chuyển sang thực tiễn, đặc biệt là đối với các thiết bị đeo được và y sinh.
Để đối phó với thách thức này, gần đây, nhóm năng lượng do Giáo sư Jiang Zhou từ Đại học Trung Nam (CSU), Trung Quốc đứng đầu, đã đề xuất một chiến lược liên kết ngang điện tử xanh và có thể lập trình để điều chế chất điện phân polyme Zn-alginat cho pin Zn tương thích sinh học dựa trên liên kết mê tín của các nhóm carboxylate alginate với Zn2+ tự do, được kích hoạt bằng quá trình oxy hóa điện.
Các nghiên cứu về tính tương thích sinh học và an toàn của pin được cấy vào thỏ. ( a ) Sơ đồ các ứng dụng tương thích sinh học sử dụng mô hình thỏ. (b) Ảnh chụp thành dạ dày và (c) phần nhuộm màu HE của niêm mạc sau khi pin không bị hư hại được cấy vào dạ dày trong 6 giờ. Ảnh: Nhà xuất bản Khoa học Trung Quốc
Bằng cách sử dụng phương pháp này, trong thời gian ngắn 80 giây, chất điện phân polymer ổn định với kênh điều chỉnh đã thu được trực tiếp trên bề mặt kim loại Zn. Chất điện phân như đã chuẩn bị mang lại khả năng đảo ngược cao với hiệu suất coulomb 99,65 %, độ ổn định trong thời gian dài hơn 500 giờ.
Điều quan trọng là sau 6 giờ tiếp xúc với mặt âm của pin được quay vòng với chất điện phân dạng gel đã chuẩn bị, tổn thương niêm mạc tối thiểu đã được quan sát thấy ở các mô hình thỏ, cho thấy rằng chất điện phân dạng gel đã chuẩn bị là vật liệu tương thích sinh học không có bất kỳ ăn mòn đáng kể trong môi trường hơi axit của hệ thống tiêu hóa.
Chiến lược mới để điều chế chất điện phân polymer Zn-alginate có ba ưu điểm nổi bật so với các phương pháp thông thường: (1) quá trình liên kết chéo để tổng hợp chất điện phân tránh đưa vào bất kỳ chất phản ứng hoặc chất khởi đầu hóa học nào; (2) pin Zn có khả năng đảo ngược cao được cung cấp dễ dàng từ micromet đến quy mô lớn thông qua chiến lược lập trình tự động; và (3) tính tương thích sinh học cao là các thiết bị được cấy ghép, tích hợp sinh học đảm bảo an toàn cho cơ thể.
Công trình được đăng trên tạp chí National Science Review.
