Investigadores de la Universidad Tecnológica de Nanyang en Singapur (NTU Singapur) han creado una batería flexible que es tan delgada como la córnea humana. Este innovador dispositivo de almacenamiento de energía se carga solo cuando se sumerge en solución salina y tiene el potencial de alimentar futuras lentes de contacto inteligentes.

Las lentes de contacto inteligentes son lentes de contacto de alta tecnología que pueden proyectar información visual en nuestras córneas y pueden usarse para acceder a la realidad aumentada. Los usos actuales incluyen ayudar a corregir la visión, monitorear la salud del usuario y detectar y tratar enfermedades en personas con afecciones crónicas como diabetes y glaucoma. En el futuro, se podrían desarrollar lentes de contacto inteligentes para registrar y transferir todo lo que el usuario ve y oye a un almacén de datos en la nube.

Sin embargo, para acceder a esta posibilidad futura es necesario desarrollar una batería segura y adecuada para alimentarlo. Las baterías recargables existentes se basan en cables o bobinas inductivos que contienen metal y no son adecuados para su uso en el ojo humano, ya que resultan incómodos y plantean riesgos para el usuario.

La batería desarrollada por NTU está fabricada con materiales biocompatibles y no contiene cables ni metales pesados ​​tóxicos, como los que se encuentran en las baterías de iones de litio o los sistemas de carga inalámbricos. La batería tiene un recubrimiento a base de glucosa que reacciona con los iones de sodio y cloruro de la salmuera circundante, mientras que el agua de la batería actúa como “cable” o “circuito” para generar electricidad.

La batería también puede funcionar con lágrimas humanas porque contiene iones de sodio y potasio en menor concentración. Al probar la batería existente con una solución lacrimógena, los investigadores demostraron que la vida útil de la batería se extendería una hora adicional por cada ciclo de uso de doce horas que se utilizara. La batería también se puede cargar de forma convencional mediante una fuente de alimentación externa.

El profesor asociado Li y la coautora Li Zongkang, Ph.D. Un estudiante de NTU EEE, mostrando la batería. Crédito: NTU Singapur

El profesor asociado Lee Seok-woo de la Escuela de Ingeniería Eléctrica y Electrónica de NTU, quien dirigió el estudio, dijo: “Esta investigación comenzó con una simple pregunta: ¿Se pueden recargar las baterías de las lentes de contacto con nuestras lágrimas?” Ha habido ejemplos similares de auto- cargar baterías, como las de tecnología portátil que es alimentada por la raza humana.

“Sin embargo, las tecnologías anteriores para baterías de lentes no eran perfectas, ya que un lado del electrodo de la batería estaba cargado y el otro no. Nuestro enfoque puede cargar ambos electrodos de la batería a través de una combinación única de reacción enzimática y reacción de autorreducción. Además de la carga Mecanismo, se basa únicamente en glucosa y agua para generar electricidad, las cuales son seguras para los humanos y serán menos dañinas para el medio ambiente cuando se desechen, en comparación con las baterías convencionales.

“El sistema de carga de batería más común para lentes de contacto inteligentes requiere electrodos metálicos en la lente, que son dañinos si se exponen al ojo humano”, dijo el primer coautor, el Dr. Yoon Jeong-hoon, investigador de EEE en NTU. “Mientras tanto, existe otro modo de suministrar lentes con alimentación, que es la carga por inducción, que requiere una bobina en la lente para transferir energía, al igual que la plataforma de carga inalámbrica de un teléfono inteligente. Nuestra batería extraíble elimina las posibles preocupaciones que plantean estos dos métodos. al mismo tiempo que proporciona espacio para una mayor innovación en el desarrollo de lentes de contacto inteligentes.

Para resaltar la importancia del trabajo realizado por el equipo de investigación, el profesor asociado de la Escuela de Ingeniería Mecánica y Aeroespacial de NTU, Murukishan Vadaki Matham, especializado en biomedicina e ingeniería aeroespacial. nanoescala “Dado que esta batería se basa en glucosa oxidasa, que ocurre naturalmente en los humanos y funciona con iones de cloruro y sodio, como los de nuestras lágrimas, debe ser compatible y adecuada para el uso humano”, dijo el optometrista, que no participó en el estudio. estudiar. . Además, la industria de las lentes de contacto inteligentes busca una batería delgada, biocompatible y que no contenga metales pesados, y este invento podría ayudar a impulsar su desarrollo para satisfacer algunas de las necesidades no cubiertas de la industria.

El equipo de investigación ha solicitado una patente a través de NTUitive, la empresa empresarial e innovadora de NTU. También están trabajando en la comercialización de su invento.

Los resultados fueron publicados recientemente en la revista nanoenergía.

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El equipo demostró su invento mediante una simulación del ojo humano (ver vídeo). La batería, que tiene aproximadamente 0,5 milímetros de grosor, genera energía eléctrica al interactuar con las lágrimas basilares (lágrimas continuas que forman una fina capa sobre los globos oculares) para que los dispositivos integrados dentro de las lentes puedan funcionar.

La batería flexible y descargada descarga electricidad a través de un proceso llamado reducción cuando una capa de glucosa oxidasa reacciona con los iones de sodio y cloruro en las lágrimas, generando energía y corriente dentro de la lente de contacto.

El equipo demostró que la batería puede producir una corriente de 45 microamperios y una potencia máxima de 201 microvatios, lo que sería suficiente para alimentar una lente de contacto inteligente.

Las pruebas de laboratorio demostraron que la batería se puede cargar y descargar hasta 200 veces. Las baterías de iones de litio típicas tienen una vida útil de 300 a 500 ciclos de carga.

El equipo recomienda colocar la batería durante al menos ocho horas en una solución adecuada que contenga una gran cantidad de iones de glucosa, sodio y potasio, para cargarla mientras el usuario duerme (ver Figura 1).

“Aunque la transmisión de energía inalámbrica y los supercondensadores proporcionan alta potencia, su integración es un gran desafío debido al espacio limitado en la lente”, dijo la primera coautora, la Sra. Li Zongkang, estudiante de doctorado EEE en NTU. “Al combinar batería y celda de biocombustible En un solo componente, la batería puede cargarse sola sin necesidad de espacio adicional para componentes cableados o inalámbricos. Además, los electrodos colocados en el lado exterior de la lente de contacto garantizan que no se obstruya la visión del ojo.

El equipo de NTU investigará más para mejorar la cantidad de corriente eléctrica que puede descargar su batería. También trabajarán con varias empresas de lentes de contacto para aplicar su tecnología.

Referencia: “Batería en forma de lágrima cargada con biocombustible para lentes de contacto inteligentes” Por Jeonghoon Yoon, Zhongkang Lee, Shenwen Miao, Xiaoya Lee, Jae Yun Lee, Wenteng Chao y Seokwoo Lee, 13 de marzo de 2023. nanoenergía.
doi: 10.1016/j.nanoen.2023.108344