Уведомления
Авторизуйтесь или зарегистрируйтесь, чтобы оценивать материалы, создавать записи и писать комментарии.
Авторизуясь, вы соглашаетесь с правилами пользования сайтом и даете согласие на обработку персональных данных.
Предложена «сладкая» подзарядка для нейроинтерфейсов
Ученые МФТИ и НИЦ «Курчатовский институт» разработали высокоэффективный биотопливный источник питания на основе глюкозы и многостенных углеродных нанотрубок для непрерывной работы нейроимплантов. Устройство продемонстрировало хорошие результаты работы на мозге крыс.
Исследование опубликовано в журнале IEEE. За последние десятилетия значительно продвинулись разработки в области активных имплантируемых медицинских устройств. Это открывает широкие перспективы для восстановления функций поврежденных органов, в том числе сердца и мозга. Однако основным недостатком традиционных устройств по-прежнему остается использование литий-ионных аккумуляторов в качестве источника питания. Эти батареи громоздки, состоят из токсичных материалов и требуют периодической замены путем хирургических вмешательств.
Ферментный биотопливный элемент (ФБТЭ) обещает стать технологическим прорывом в области энергоснабжения медицинских устройств. Сам элемент представляет собой электрогенератор, который постоянно вырабатывает энергию за счет ресурсов организма пациента. Усовершенствованные долгоживущие нейроинтерфейсы будут востребованы в области лечения нейродегенеративных и неврологических заболеваний, таких как болезнь Альцгеймера, болезнь Паркинсона и последствия эпилепсии.
В своей повседневной деятельности организм человека производит несколько видов энергии: механическую (дыхание и сердцебиение, мышечное сокращение, артериальное давление), тепловую и биохимическую. Этим полезным свойством и пытаются воспользоваться ученые. Например, уже существуют устройства, работа которых основана на фотоэмиссионном эффекте (выработка электронов под действием света) или термоэлектрическом (преобразование разности температур в электрическое напряжение). Однако само преобразование такой энергии в организме человека до сих пор не является стабильным процессом.
В свою очередь ферментатный биотопливный элемент можно рассматривать как устройство, которое способно добиться стабильного преобразования химической энергии органических веществ в электричество путем окисления сахаров (глюкозы) из физиологических жидкостей.
Глюкоза широко распространена в организме и играет жизненно важную роль в качестве основного источника энергии. Ее концентрация поддерживается благодаря естественной саморегуляции — гомеостазу. Потребление глюкозы биотопливным элементом минимально и, следовательно, не влияет на гомеостаз. Эти свойства дают возможность для создания устройств пожизненной имплантации.
«Новаторство нашей работы в том, что мы разработали способ, при котором стало возможным обеспечить производство электричества внутри организма за счёт окисления органических веществ, а именно глюкозы. Это позволит устанавливать нейроимпланты с естественным генератором энергии вместо традиционных литий-ионных аккумуляторов, которые склонны разряжаться и требуют замены каждые 5–10 лет. Биотопливный элемент подходит и для кардиостимулятора, и нейростимулятора, имплантов для восстановления слуха. У него максимально широкое применение. Кроме того, в нашем исследовании был предложен способ, при котором можно питать нейроимпланты благодаря глюкозе, которая находится в ликворе — спинномозговой жидкости. Пока мы провели серию успешных испытаний на крысах, что открывает возможность для будущих испытаний на более крупных млекопитающих», — рассказала о работе Екатерина Вахницкая, магистрантка МФТИ.
Биотопливный элемент весьма компактен и состоит из двух микроэлектродов. На аноде фермент расщепляет глюкозу с образованием протонов и электронов. На катоде происходит реакция восстановления кислорода при участии протонов, проходящих через электролит, и электронов, которые протекают через внешнюю электрическую цепь.
Первоочередная задача ученых — добиться высокой эффективности электродов, которые влияют на эффективность происходящей окислительно-восстановительной реакции. Для ее решения были использованы новые композитные материалы, в том числе многостенные углеродные нанотрубки, которые создаются из свернутых слоев атомов углерода в виде полых цилиндрических структур.
Екатерина отметила, что композитный материал, который состоит из последовательно нанесенных компонентов, позволяет добиться заданных свойств для анода. Например, углеродные нанотрубки обеспечивают увеличение площади поверхности и электропроводимости. За счет их применения можно адсорбировать и иммобилизовать больше фермента, а значит, получить более мощное устройство.
«Для бесперебойной работы нейроимплантов мы создали композитный анод. Самая большая проблема, препятствующая выработке энергии в организме, — это иммобилизация фермента. Композитный анод способен предотвратить диффузию фермента в окружающую жидкость: в кровь и ликвор. По сути, он удерживает их на аноде благодаря различным компонентам — полимерам, углеродным материалам. Для подтверждения нашей гипотезы мы провели серию измерений, которые показали, что мощность элемента не меняется, а значит, фермент остается иммобилизован на аноде», — подчеркнула Екатерина Вахницкая.
Разработчики отмечают, что для изготовления мощного биотопливного элемента важно учитывать такие значения, как выходное напряжение и удельную мощность, которые являются наиболее важными характеристиками источника питания.
В ходе экспериментальной работы на мозге крыс электроды были успешно имплантированы и проведены электрохимические измерения. Биотопливный элемент обеспечивал максимальную удельную мощность 51,8 мВт/см2 и максимальный потенциал открытой цепи 200 мВ. Эти результаты демонстрируют потенциальные возможности имплантации устройства в качестве долговременного источника питания для нейростимуляторов, а применение электропроводящих углеродных наноматериалов —одним из наиболее перспективных подходов для их производства.
Telegram 
Дзен 
VK Долгое время ученые полагали, что сотни гигантских статуй на острове Пасхи создали представители местной общины под руководством одного вождя. Однако авторы нового исследования поставили эту гипотезу под сомнение. Детальная трехмерная карта главного каменного карьера острова указала на более сложную картину. Вероятно, монументы были плодом творчества и соперничества небольших независимых групп.
Что стало настоящим фундаментом власти — умение обрабатывать землю или контроль над некоторыми культурными растениями? Авторы нового исследования пришли к выводу, что появление первых крупных сообществ и государств зависело не от земледелия в целом, а от выращивания определенных злаков. Эти культуры было легко хранить и, еще важнее, невероятно просто облагать налогом, что и дало толчок появлению цивилизации.
Гамма-излучение, зафиксированное гамма-телескопом «Ферми», по мнению исследователя, может объясняться только распадом вимпов, частиц темной материи, в существовании которых множество других физиков уже разуверились. Если независимые проверки подтвердят открытие, это может существенно изменить космологическую картину мира.
Так называемые зумеры и альфа, несмотря на молодой возраст, уже формируют ключевые поведенческие и потребительские тренды. Ученые Пермского Политеха рассказали, почему обозначение поколений начали с конца алфавита, как альфа и зумеры отличаются в способности к терпеливости, совмещении цифрового и реального «Я», подходу к профессиональной деятельности и отношении к финансам, какое мышление пришло на смену клиповому и как использование искусственного интеллекта повлияет на авторитет родителей.
Коллектив российских ученых из МИРЭА — Российского технологического университета, Центра фотоники двумерных материалов МФТИ, Института металлургии и материаловедения им. А. А. Байкова РАН и ряда других ведущих научных центров провел глубокое исследование кристаллической структуры широко используемых пьезоэлектрических материалов на основе цирконата-титаната свинца. Используя метод рентгеноструктурного анализа, исследователи впервые смогли в деталях установить, как небольшие химические добавки кардинально меняют фазовый состав керамики и напрямую определяют ее электрофизические характеристики. Это открывает путь к целенаправленному дизайну «умных» материалов с заранее заданными свойствами для передовой электроники и сенсорики.
Ученые разработали штамм цианобактерии, способный поглощать в три раза больше фосфора из сточных вод
Фосфор – элемент, играющий ключевую роль в росте растений. В сельском хозяйстве он используется в составе многих минеральных удобрений. В то же время фосфор, содержащийся в сточных водах — серьезный загрязнитель, который при попадании в водоемы нарушает баланс экосистем и вызывает цветение водорослей. Ученые Национального исследовательского центра «Курчатовский институт» и Южного федерального университета предложили новый экологичный способ выделения фосфора из сточных вод с помощью фотосинтезирующих микроорганизмов.
Человеческие языки разнообразны, но это разнообразие ограничивается повторяющимися закономерностями. Пытаясь описать правила, которым подчиняются различия в грамматике, лингвисты сформулировали ряд так называемых грамматических универсалий — утверждений, предположительно верных для всех или большинства языков мира. Международная команда ученых провела статистический анализ на материале 2430 языков и обнаружила, что соответствующими действительности можно считать около трети таких утверждений.
По расчетам, большинство «гостей» из других звездных систем летят к Земле примерно со стороны созвездия Геркулес. Скорее всего, они время от времени падают на нашу планету, просто мы еще не научились это замечать. Как удалось вычислить, чаще всего они должны падать зимой и где-то в окрестностях экватора.
Ученые открыли новый, ранее неизвестный способ передвижения бактерий по поверхностям, для которого не нужны жгутики. Эти микроорганизмы на краю колонии переваривают сахара, выделяют метаболиты и создают осмотическое давление. Оно вызывает микроскопическое «цунами», и на нем бактерии катятся вперед.
Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.
Понятно
Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.
Понятно
Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.
Понятно
Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.
Понятно