Combinando l'elettronica miniaturizzata con una fabbricazione ispirata agli origami, gli scienziati in Germania hanno sviluppato quello che dicono essere il più piccolo microsupercapacitore esistente.

Più piccolo di un granello di polvere ma con una tensione simile a quella di una batteria AAA, l'innovativo dispositivo di immagazzinamento dell'energia non solo è sicuro per l'uso nel corpo umano, ma in realtà fa uso di ingredienti chiave nel sangue per sovralimentare le sue prestazioni.

Gli scienziati dietro il nuovo dispositivo stavano lavorando nell'ambito dei nano-supercondensatori (nBSC), che sono condensatori convenzionali ma ridotti alla scala sub-millimetrica. Sviluppare questi tipi di dispositivi è abbastanza difficile, ma i ricercatori hanno cercato di farne uno che potrebbe funzionare in modo sicuro nel corpo umano per alimentare piccoli sensori e impianti, il che richiede la sostituzione di materiali problematici ed elettroliti corrosivi con quelli che sono biocompatibili.

Questi dispositivi sono noti come biosupercondensatori e il più piccolo sviluppato fino ad oggi è più grande di 3 mm3, ma gli scienziati hanno fatto un enorme balzo in avanti in termini di quanto piccoli possano essere i biosupercondensatori.

La costruzione inizia con una pila di strati polimerici che sono uniti da un materiale fotoresistente sensibile alla luce che funge da collettore di corrente, una membrana separatrice ed elettrodi fatti da un polimero biocompatibile elettricamente conduttivo chiamato PEDOT:PSS.

Questa pila è posta su una superficie sottile come un wafer che viene sottoposta a un'elevata tensione meccanica, che fa sì che i vari strati si stacchino in modo altamente controllato e si ripieghino in stile origami in un nano-biosupercondensatore con un volume di 0,001 mm3, che occupa meno spazio di un granello di polvere.

Questi biosupercondensatori tubolari sono quindi 3.000 volte più piccoli di quelli sviluppati in precedenza, ma con una tensione all'incirca uguale a quella di una batteria AAA (anche se con un flusso di corrente effettivo molto inferiore).

Questi minuscoli dispositivi sono stati poi collocati in soluzione salina, plasma sanguigno e sangue, dove hanno dimostrato la capacità di immagazzinare energia con successo. Il biosupercapacitore si è dimostrato particolarmente efficace nel sangue, dove ha mantenuto fino al 70 per cento della sua capacità dopo 16 ore di funzionamento.

Un'altra ragione per cui il sangue può essere una casa adatta per il biosupercondensatore del team è che il dispositivo funziona con le reazioni enzimatiche redox inerenti e le cellule viventi nella soluzione per sovralimentare le proprie reazioni di immagazzinamento della carica, aumentando le sue prestazioni del 40 per cento.

Il team ha anche sottoposto il dispositivo alle forze che potrebbe sperimentare nei vasi sanguigni dove il flusso e la pressione fluttuano, mettendoli in canali microfluidici, un po' come i test nella galleria del vento per l'aerodinamica, dove ha resistito bene.

Hanno anche usato tre dei dispositivi concatenati insieme per alimentare con successo un minuscolo sensore di pH, che potrebbe essere collocato nei vasi sanguigni per misurare il pH e rilevare anomalie che potrebbero essere indicative di malattia, come la crescita di un tumore.

"È estremamente incoraggiante vedere come la nuova microelettronica, estremamente flessibile e adattabile, stia entrando nel mondo miniaturizzato dei sistemi biologici", dice il leader del gruppo di ricerca, il Prof. Dr. Oliver G. Schmidt.

La ricerca è stata pubblicata sulla rivista Nature Communications. 

Per saperne di più: newatlas.com