VINACHEM

Trong những năm qua, các nhà khoa học đã đạt được những tiến bộ nhanh chóng trong việc chế tạo các cảm biến và dụng cụ y học có thể truyền hình ảnh, kích thích cho vết thương mau lành hoặc cấp thuốc trong một thời gian ngắn trước khi bị phân hủy. Nhưng phần lớn những loại thiết bị như vậy đều được cấp điện từ nguồn bên ngoài nên chúng chỉ có thể được đặt dưới da. Nếu muốn hoạt động ở sâu hơn bên trong cơ thể thì những thiết bị đó cần phải có nguồn cấp điện riêng.

Pin có thể phân hủy sinh học là giải pháp lý tưởng cho vấn đề trên. Trước đây, một số nhà khoa học đã chế tạo những loại pin như vậy bằng cách sử dụng các nguyên liệu tự nhiên, tương thích sinh học để làm điện cực và chất điện ly. Một nhóm các nhà khoa học đã chế tạo điện cực từ chất sắc tố của da là melanin, trong khi đó một nhóm nghiên cứu khác đã sử dụng những màng mỏng bằng magiê hoặc sắt. Chất điện ly được sử dụng thường là dung dịch nước của các loại muối khác nhau, nhưng chất điện ly lỏng có thể rò rỉ và làm hỏng điện cực của pin, hơn nữa chúng làm cho pin có kích thước tương đối lớn.

Vừa qua, các nhà khoa học tại Đại học Tổng hợp Wollongong (Ôxtrâylia) đã chế tạo thành công một loại pin siêu mỏng và mềm dẻo, có khả năng tạo ra điện áp đủ lớn để cấp điện cho các dụng cụ cấy ghép y học - đó là những dụng cụ được thiết kế để phân hủy vô hại trong cơ thể sau vài tuần hoạt động.

ở loại pin mới nói trên, điện cực và chất điện ly rắn được làm từ các màng lụa mỏng nhẹ. Chất điện ly rắn cho phép chế tạo các loại pin mỏng hơn, phẳng hơn, đồng thời cũng mềm dẻo và bền hơn.

Lụa là nguyên liệu lý tưởng để chế tạo các thiết bị điện tử y học, vì nó tương thích sinh học, có thể được gia công thành màng mỏng và đủ bền vững để hoạt động trong mạch điện tử.

Các nhà nghiên cứu đã chế tạo những màng mỏng của loại pin mới bằng cách hòa tan protein sợi lụa (fibroin, được lấy từ kén tằm) trong nước. Họ cho dung dịch này vào khuôn và lấy ra được những màng lụa siêu mỏng sau khi nước bay hơi.

Để chế tạo chất điện ly, các nhà khoa học đã tẩm màng lụa bằng dung dịch nitrat cholin - một loại muối nóng chảy với khả năng dẫn ion rất tốt. Đối với điện cực, họ kết tủa hợp kim magiê tương thích sinh học lên một màng lụa để tạo thành anôt và kết tủa vàng lên một màng lụa khác để tạo thành catôt.

Các nhà khoa học đã lắp ráp pin bằng cách kẹp chất điện ly rắn giữa hai màng điện cực rồi liên kết các mép chưa bọc phủ bằng một màng lụa dính, dạng vô định hình.

Pin có kích thước bằng chiếc tem bưu điện, dày 170 mm, có khả năng tạo ra điện áp 0,87 V và mật độ công suất 8,7 mW/cm2, đủ để cấp điện cho cảm biến y học cấy ghép trong cơ thể. Khi được đặt trong dung dịch đệm có chứa muối, pin tạo ra điện áp ổn định trong khoảng 1 giờ, sau đó anôt bắt đầu bị phân hủy. Khi các nhà khoa học bổ sung thêm một màng lụa lên anôt, điện áp của pin được duy trì ổn định trong gần 2 giờ. Những loại pin phân hủy sinh học đã được chế tạo trước đây thường chỉ hoạt động trong khoảng 15 phút.

Chiếc pin mới bị phân hủy gần như hoàn toàn sau 45 ngày đặt trong dung dịch, chỉ để lại các hạt nano vàng trơ, có thể được cơ thể loại bỏ. Bằng cách thay đổi tính chất của các lớp lụa bọc pin, các nhà khoa học có thể điều chỉnh thời gian cấp điện và thời gian phân hủy của loại pin mới.

HS

Theo Chemical & Engineering News, 4/2017