Zachte en flexibele materialen kunnen bio-elektronische implantaten ultrasoon opladen, wat zou kunnen helpen om de noodzaak van chirurgische behandeling te verminderen.

Elektronische apparaten worden steeds vaker gebruikt om ernstige en langdurige gezondheidsproblemen te verhelpen, zoals pacemakers om de hartslag te reguleren, elektronische pompen die insuline afgeven, en implanteerbare hoortoestellen. Belangrijke ontwerpoverwegingen voor deze componenten zijn bedoeld om de grootte en het gewicht te minimaliseren voor het comfort van de patiënt, en ze zorgen ervoor dat het apparaat niet giftig is voor het lichaam.

Een ander struikelblok is hoe de apparaten van stroom moeten worden voorzien. Batterijen houden ze een tijdje aan het werk, maar het vervangen van de batterijen vereist invasieve chirurgie. Ideaal, de stroombron moet draadloos worden opgeladen.

Een gezamenlijke studie tussen de groepen van materiaalwetenschapper Husam Alshareef van KAUST en expert op het gebied van medische beeldvorming Abdulkader A. Alkenawi van de King Saud bin Abdulaziz University for Health Sciences onthult een manier om een ​​batterij op afstand op te laden met een zachte, biocompatibel materiaal dat geluidsgolven absorbeert die door het lichaam gaan.

Hydrogels zijn gemaakt van lange polymeermoleculen die verknoopt zijn om een ​​driedimensionaal netwerk te vormen dat veel water kan bevatten. Dit geeft hydrogels een flexibele en rekbare textuur, maar het betekent ook dat ze zowel elektrische geleiders als biocompatibel zijn, waardoor ze ideaal zijn voor bio-elektronische toepassingen.

Kanghyuck Lee, hoofdauteur van de studie, legt uit hoe het team polyvinylalcohol combineerde met nanosheets van MXene, een overgangsmetaalcarbide, nitride of carbonitride. "Net zoals het oplossen van zout in water het geleidend maakt, we gebruikten MXene-nanoflakes om de hydrogel te maken, ", zegt Lee. "We waren verrast toen we ontdekten dat het resulterende materiaal elektrische stroom kan opwekken onder invloed van ultrasone golven."

Hun hydrogel, die ze M-gel noemen, genereert een stroom wanneer een uitgeoefende druk de stroom van elektrische ionen in het water dwingt, het vullen van de hydrogel. Wanneer deze druk het resultaat is van ultrageluid, het effect wordt streaming vibratiepotentiaal genoemd.

Het KAUST-team bewees het concept door gebruik te maken van een reeks ultrasone bronnen, inclusief ultrasone tips die in veel laboratoria worden gevonden en de ultrasone sondes die in ziekenhuizen worden gebruikt voor beeldvorming. Ze waren in staat om snel een elektrisch apparaat op te laden dat begraven lag binnen enkele centimeters van rundvlees.

"Dit is een ander voorbeeld van het indrukwekkende potentieel van MXene-hydrogels die we in ons laboratorium hebben ontwikkeld voor detectie- en energietoepassingen, ' zei Alshareef.