Diamanten en goud kunnen sommige harten doen fladderen op Valentijnsdag, maar in een laboratorium van de universiteit van Buffalo, zilveren nanodeeltjes worden ontworpen om precies het tegenovergestelde te doen.

De nanodeeltjes maken deel uit van een nieuwe familie van materialen die wordt gemaakt in het laboratorium van SUNY Distinguished Professor en Greatbatch Professor of Advanced Power Sources Esther Takeuchi, doctoraat, die de lithium/zilver-vanadiumoxide-batterij heeft ontwikkeld. De batterij was een belangrijke factor bij het in productie nemen van implanteerbare hartdefibrillators (ICD's) eind jaren tachtig. ICD's schokken het hart in een normaal ritme wanneer het in fibrillatie gaat.

Twintig jaar later, met meer dan 300 000 van deze eenheden worden elk jaar geïmplanteerd, de meeste van hen worden aangedreven door het batterijsysteem dat is ontwikkeld en verbeterd door Takeuchi en haar team. Voor dat werk heeft ze meer dan 140 patenten verdiend, verondersteld meer te zijn dan enige andere vrouw in de Verenigde Staten. Laatste val, ze was een van de vier ontvangers die tijdens een ceremonie in het Witte Huis werden geëerd met de National Medal of Technology and Innovation.

ICD-batterijen, in het algemeen, gaan nu vijf tot zeven jaar mee. Maar zij en haar man en mede-onderzoeker, SUNY Distinguished Teaching Professor in de chemie Kenneth Takeuchi, doctoraat, en Amy Marsilok, doctoraat, UB wetenschappelijk medewerker scheikunde, onderzoeken nog betere batterijsystemen, door bimetalen materialen op atomair niveau te verfijnen.

Hun onderzoek naar de haalbaarheid van ICD-gebruik wordt gefinancierd door de National Institutes of Health, terwijl hun onderzoek naar nieuwe, bimetaalsystemen worden gefinancierd door het Amerikaanse ministerie van Energie.

Tot dusver, hun resultaten laten zien dat ze hun materialen 15, 000 keer meer geleidend bij het eerste gebruik van de batterij dankzij in-situ (dat wil zeggen, in het oorspronkelijke materiaal) generatie van metallische zilveren nanodeeltjes. Hun nieuwe benadering van materiaalontwerp zal de ontwikkeling van krachtigere, batterijen met een langere levensduur dan voorheen mogelijk was.

Deze en andere verbeteringen stimuleren de belangstelling voor batterijmaterialen en de revolutionaire apparaten die ze mogelijk maken.

"We gaan misschien naar een tijd waarin we batterijen zo klein kunnen maken dat ze - en de apparaten die ze aandrijven - gewoon in het lichaam kunnen worden geïnjecteerd, ' zegt Takeuchi.
Direct, haar team onderzoekt hoe de stabiliteit van de nieuwe materialen die ze voor ICD's ontwerpen, kan worden verbeterd. De materialen worden weken en maanden getest in laboratoriumovens die een lichaamstemperatuur van 37 graden Celsius nabootsen.

"Wat echt opwindend is aan dit concept, is dat we het materiaal afstemmen op atomair niveau, "zegt Takeuchi. "Dus de verandering in geleidbaarheid en prestatie is inherent aan het materiaal. We hebben geen supplementen toegevoegd om dat te bereiken, we deden het door het actieve materiaal direct te veranderen."

Ze legt uit dat nieuwe en verbeterde batterijen voor biomedische toepassingen, op een praktische manier, een revolutie teweegbrengen in behandelingen voor enkele van de meest hardnekkige ziekten door haalbare apparaten te maken die in de hersenen zouden worden geïmplanteerd om beroertes en geestesziekten te behandelen, in de wervelkolom om chronische pijn te behandelen of in het vagus zenuwstelsel om migraine te behandelen, Ziekte van Alzheimer, ongerustheid, zelfs obesitas.

En hoewel batterijen een historische technologie zijn, ze zijn verre van volwassen, Takeuchi aantekeningen. Deze lente, ze geeft de cursus energieopslag aan de UB's School of Engineering and Applied Sciences en de klas zit vol. "Ik heb nog nooit zo'n grote interesse in batterijen gezien als nu, " ze zegt.