Nhóm chuyên gia tại Đại học Oxford của Anh phát triển một loại pin sinh học lithium-ion mềm, kích thước nhỏ dùng cho lĩnh vực y sinh như cung cấp năng lượng cho các robot tí hon, máy khử rung tim, máy tạo nhịp tim.

"Đến nay, đây là pin lithium-ion hydrogel nhỏ nhất và có mật độ năng lượng vượt trội", tiến sĩ Yujia Zhang công tác tại Khoa Hóa học thuộc Đại học Oxford, tác giả chính của nghiên cứu mới, cho hay.

Phiên bản phóng to của pin lithium-ion nhỏ nhất thế giới. Ảnh: Yujia Zhang.

Việc phát triển các thiết bị thông minh tí hon, thường nhỏ hơn vài mm3, đòi hỏi nguồn năng lượng nhỏ tương ứng. Với thiết bị y sinh tương tác trực tiếp với mô sinh học, pin cung cấp năng lượng phải làm từ vật liệu mềm để đảm bảo an toàn và ít xâm lấn. Về mặt lý tưởng, pin cần có dung lượng lớn, khả năng tương thích sinh học, phân hủy sinh học và kích hoạt được. Chúng cũng phải có khả năng điều khiển từ xa để nâng cao chức năng và khả năng thích ứng trong những môi trường phức tạp. Thế nhưng, việc kết hợp tất cả các đặc điểm này vào một viên pin gặp rất nhiều khó khăn.

Để giải quyết vấn đề này, nhóm chuyên gia tại Khoa Hóa học và Khoa Dược lý từ Đại học Oxford đã phát triển loại pin lithium-ion nhỏ, mềm dẻo, bằng cách dùng các giọt hydrogel tương thích sinh học. Sử dụng một quy trình được gọi là lắp ráp hỗ trợ chất hoạt động bề mặt, loại pin mới kết hợp 3 giọt có kích thước siêu nhỏ với mỗi giọt có thể tích 10 nano lít, với sự hỗ trợ của các phân tử giống xà phòng. Hai trong 3 giọt chứa những hạt lithium-ion với khả năng tương tác để tạo ra năng lượng.

Loại pin lithium-ion mới được kích hoạt bằng ánh sáng, có thể sạc lại và phân hủy sinh học. Theo đó, đây là pin lithium-ion hydrogel nhỏ nhất thế giới có mật độ năng lượng vượt trội. Pin đã cung cấp năng lượng cho các phân tử mang điện di chuyển giữa những tế bào tổng hợp và kiểm soát nhịp đập và khử rung tim cho chuột. Bằng cách kết hợp các hạt từ tính, nó có thể đóng vai trò như một nguồn năng lượng di động.

Theo nhóm nghiên cứu, các thử nghiệm điều trị tim trên động vật cho thấy tiềm năng của loại pin mới như một giải pháp không dây và phân hủy sinh học đầy hứa hẹn để kiểm soát chứng loạn nhịp tim - nguyên nhân hàng đầu gây tử vong trên thế giới.