23/08/2021 - Combinando eletrônica miniaturizada com alguma fabricação inspirada em origami, cientistas na Alemanha desenvolveram o que dizem ser o menor microssupercapacitor existente. Menor do que um grão de poeira, mas com uma voltagem semelhante a uma bateria AAA, o inovador dispositivo de armazenamento de energia não é apenas seguro para uso no corpo humano, mas também faz uso de ingredientes-chave no sangue para sobrecarregar seu desempenho.
Os cientistas por trás do novo dispositivo estavam trabalhando no domínio dos nanosupercapacitores (nBSC), que são capacitores convencionais, mas reduzidos à escala submilimétrica. Desenvolver esses tipos de dispositivos é complicado o suficiente, mas os pesquisadores procuraram criar um que pudesse funcionar com segurança no corpo humano para alimentar pequenos sensores e implantes, o que requer a troca de materiais problemáticos e eletrólitos corrosivos por biocompatíveis.
Esses dispositivos são conhecidos como biossupercapacitores e os menores desenvolvidos até hoje são maiores que 3 mm3, mas os cientistas deram um grande salto em termos de quão minúsculos os biossupercapacitores podem ser. A construção começa com uma pilha de camadas poliméricas que são colocadas juntas com um material fotorresistente sensível à luz que atua como coletor de corrente, uma membrana separadora e eletrodos feitos de um polímero biocompatível eletricamente condutor chamado PEDOT:PSS.
Essa pilha é colocada sobre uma superfície fina como uma bolacha submetida a alta tensão mecânica, o que faz com que as várias camadas se soltem de maneira altamente controlada e se dobrem no estilo origami em um nanobiosupercapacitor com volume de 0,001 mm3, ocupando menos espaço do que um grão de poeira. Esses biossupercapacitores tubulares são, portanto, 3.000 vezes menores do que os desenvolvidos anteriormente, mas com uma voltagem aproximadamente a mesma de uma bateria AAA (embora com fluxo de corrente real muito menor).
Esses minúsculos dispositivos foram então colocados em solução salina, plasma sanguíneo e sangue, onde demonstraram a capacidade de armazenar energia com sucesso. O biossupercapacitor se mostrou particularmente eficaz no sangue, onde reteve até 70% de sua capacidade após 16 horas de operação. Outra razão pela qual o sangue pode ser um lar adequado para o biossupercapacitor da equipe é que o dispositivo funciona com reações enzimáticas redox inerentes e células vivas na solução para sobrecarregar suas próprias reações de armazenamento de carga, aumentando seu desempenho em 40%.
A equipe também submeteu o dispositivo às forças que ele pode experimentar nos vasos sanguíneos onde o fluxo e a pressão flutuam, colocando-os em canais microfluídicos, como um teste de túnel de vento para aerodinâmica, onde ele resistiu bem. Eles também usaram três dos dispositivos encadeados para alimentar com sucesso um pequeno sensor de pH, que poderia ser colocado nos vasos sanguíneos para medir o pH e detectar anormalidades que poderiam ser indicativas de doenças, como o crescimento de um tumor.
"É extremamente encorajador ver como a microeletrônica nova, extremamente flexível e adaptável está entrando no mundo miniaturizado dos sistemas biológicos", disse o líder do grupo de pesquisa, Prof. Dr. Oliver G. Schmidt.
A pesquisa foi publicada na revista Nature Communications.
Fonte: Universidade de Tecnologia de Chemnitz