About / Advertise
Med piezoelektriska nanotrådar av zinkoxid har forskare vid Georgia Institute of Technology lyckats generera ström direkt ur hjärtats slag. Tekniken har provats på försöksdjur och forskarna hoppas att den kan bana väg för framtida implantat och sensorer som drivs av hjärtslag eller andning.
Att nanotrådar i zinkoxid uppvisar piezoelektrisk effekt och alstrar elektrisk ström vid mekanisk påkänning är inget nytt, sådana element visades av professor Zhong Lin Wang och hans forskargrupp vid Georgia Tech redan 2005. Sedan dess har gruppen demonstrerat en rad tillämpningar där dessa nanogeneratorer alstrat ström från såväl hamsterhjul som tangentbordsskrivande fingrar.Nu har dock gruppen gått ett steg längre, och visat att nanogeneratorn kan fungera inuti levande djur. Vid försöket, dokumenterat i Advanced Materials (länk), användes en nanotråd i zinkoxid fäst på ett flexibelt polymersubstrat inuti i en polymerkapsel. Kapseln fästes vid diafragman på en råtta, och då råttans andning sträckte ut diafragman alstrades 4 pikoampere vid 2 millivolt. Då kapseln fästes vid råttans hjärta alstrade den 30 pikoampere vid 3 millivolt.
– Vårt mål är att göra självdrivande nanoutrustning för medicinska tillämpningar, säger Wong till tidningen Technology Review.
Dit är det dock en bit kvar. Effekten från generatorn ligger på femtowattnivå, och dagens mest strömsnåla sensorer för mätning av exempelvis blodtryck eller glukoshalt kräver åtminstone någon mikrowatt. Nästa steg är därför att kombinera ett par hundra nanotrådar i en matris i stället för den enda tråd som använts i försöken hittills. Gruppen har tagit fram sådana generatorer som ger runt 100 nanoampere vid 1,2 V, och alltså ger 0,12 uW uteffekt. Wang säger till Technology Review att man siktar på att operera in en sådan generator tillsammans med en sensor i ett djur.
En annan möjlighet är att byta ut zinkoxiden mot andra material med högre verkningsgrad. En tanke är att använda PZT, en legering av bly, zirkon och titan, det material som hittills uppvisat högst piezoelektrisk verkningsgrad. Detta material är dock inte lika biokompatibelt som zinkoxid och har inte testats i djur ännu, skriver Technology Review.
