In het onderzoek produceerde de geactiveerde druppelkrachtbron een stroom die meer dan 30 minuten aanhield. Het maximale uitgangsvermogen van een eenheid gemaakt van druppels van 50 nanoliter was ongeveer 65 nanowatt (nW). De apparaten produceerden een vergelijkbare hoeveelheid stroom nadat ze 36 uur waren opgeslagen.

Het onderzoeksteam demonstreerde vervolgens hoe levende cellen aan één uiteinde van het apparaat konden worden bevestigd, zodat hun activiteit direct kon worden geregeld door de ionenstroom. Het team bevestigde het apparaat aan druppeltjes met menselijke neurale voorlopercellen, die waren gekleurd met een fluorescerende kleurstof om hun activiteit aan te geven. Toen de stroombron werd ingeschakeld, toonden time-lapse-opnamen golven van intercellulaire calciumsignalering in de neuronen aan, geïnduceerd door de lokale ionenstroom.

Dr. Yujia Zhang (Departement Scheikunde, Universiteit van Oxford), de hoofdonderzoeker van het onderzoek, zei:"De geminiaturiseerde zachte krachtbron vertegenwoordigt een doorbraak in bio-geïntegreerde apparaten. Door gebruik te maken van ionengradiënten hebben we een miniatuur, biocompatibele energiebron ontwikkeld." systeem voor het reguleren van cellen en weefsels op microschaal, wat een breed scala aan potentiële toepassingen in de biologie en geneeskunde opent."

Volgens de onderzoekers zou het modulaire ontwerp van het apparaat het mogelijk maken om meerdere eenheden te combineren om de gegenereerde spanning en/of stroom te verhogen. Dit zou de deur kunnen openen voor het voeden van draagbare apparaten van de volgende generatie, biohybride interfaces, implantaten, synthetische weefsels en microrobots. Door twintig eenheden van vijf druppels in serie te combineren, konden ze een lichtgevende diode verlichten, waarvoor ongeveer twee volt nodig is. Ze denken dat het automatiseren van de productie van de apparaten, bijvoorbeeld door het gebruik van een druppelprinter, druppelnetwerken zou kunnen opleveren die uit duizenden energie-eenheden bestaan.

Professor Hagan Bayley (Departement Scheikunde, Universiteit van Oxford), de leider van de onderzoeksgroep voor het onderzoek, zei:“Dit werk richt zich op de belangrijke vraag hoe stimulatie geproduceerd door zachte, biocompatibele apparaten kan worden gekoppeld aan levende cellen. apparaten, waaronder biohybride interfaces, implantaten en microrobots, is aanzienlijk."

Meer informatie: Een zachte ionische krachtbron op microschaal moduleert de neuronale netwerkactiviteit, de natuur (2023). DOI:10.1038/s41586-023-06295 www.nature.com/articles/s41586-023-06295-y

Journaalinformatie: Natuur

Aangeboden door Universiteit van Oxford