스펀지와 같은 태양 전지는 더 나은 심장 박동기의 기초가 될 수 있습니다.

스펀지와 같은 태양 전지는 더 나은 심장 박동기의 기초가 될 수 있습니다.
날짜:
2022년 6월 7일
원천:
시카고 대학교
요약:
과학자들은 구멍이 의료 기기를 포함한 기술을 향상시킬 수도 있음을 발견했습니다. 이 기사는 태양 전지를 만드는 완전히 새로운 방법을 설명합니다. 즉, 최상층에 구멍을 에칭하여 다공성으로 만드는 것입니다.

구멍은 스펀지와 잉글리쉬 머핀을 유용하게 만드는 데 도움이 됩니다(후자의 경우 맛있는). 구멍이 없으면 작은 틈새로 구부러지거나 완벽한 양의 잼과 버터를 흡수할 만큼 충분히 유연하지 않습니다.

새로운 연구에서 시카고 대학 과학자들은 구멍이 의료 기기를 포함한 기술을 향상시킬 수도 있음을 발견했습니다. 네이처 머티리얼즈( Nature Materials)에 게재된 이 논문은 태양 전지를 만드는 완전히 새로운 방법을 설명합니다. 즉, 최상층에 구멍을 에칭하여 다공성으로 만드는 것입니다. 혁신은 덜 침습적인 심박 조율기 또는 유사한 의료 기기의 기반을 형성할 수 있습니다. 현재 심박 조율기와 함께 이식되는 부피가 큰 배터리의 크기를 줄이기 위해 작은 광원과 짝을 이룰 수 있습니다.

논문의 첫 번째 저자인 Aleksander Prominski는 "이것이 이 분야의 추가 개선을 위한 많은 가능성을 열어주기를 바랍니다."라고 말했습니다.

쉬운 일

Prominski는 생물학적 조직과 인공 재료를 연결하는 방법을 만드는 데 전문화된 시카고 대학의 화학자 Bozhi Tian 연구소의 구성원입니다.

그들이 관심을 갖고 있는 분야 중 하나는 빛으로 전력을 공급할 수 있는 장치를 만드는 것입니다. 우리는 태양 전지 형태의 이 기술에 가장 익숙하지만 인공 광원을 포함한 모든 광원을 사용할 수도 있습니다. 신체에서 작동할 때 이러한 장치는 광전기화학 전지로 알려져 있으며 신체에 이식된 작은 광섬유에서 전력을 공급받을 수 있습니다.

일반적으로 태양 전지에는 두 개의 층이 필요하며, 이는 실리콘을 금과 같은 다른 물질과 결합하거나 각 실리콘 층에 서로 다른 종류의 원자를 혼합하여 얻을 수 있습니다.

그러나 Tian 연구소의 UChicago 과학자들은 스펀지처럼 다공성 한 층을 만들면 순수한 실리콘으로 태양 전지를 만들 수 있음을 발견했습니다.

그 결과 부드럽고 유연한 세포는 지름이 5미크론 미만일 수 있으며 이는 단일 적혈구 크기와 비슷합니다. 그런 다음 광섬유와 짝을 이루어 사람 머리카락만큼 가늘게 만들어 임플란트의 전체 크기를 크게 줄여 인체 친화적이며 부작용을 줄입니다.

다공성 전지는 최종 제품의 효율성을 유지하면서 생산 공정을 간소화하여 기존의 태양 전지를 제조하는 방법에 비해 여러 가지 이점이 있습니다.

Prominski는 "몇 분 만에 만들 수 있으며 이 과정에는 고온이나 유독 가스가 필요하지 않습니다."라고 말했습니다.

연구 공동 저자인 Jiuyun Shi가 추가했습니다. "측정했을 때 광전류가 정말 높음을 확인했습니다. 이전 설계보다 2배나 더 높았습니다."

그런 다음 심장이나 신경 세포를 자극하는 물질의 능력을 높이기 위해 표면층을 산화시키는 산소 플라즈마로 물질을 처리합니다. 이 단계는 화학자들에게 직관적이지 않은데, 그 이유는 산화규소가 절연체로 가장 자주 작동하고 "광전기화학적 효과가 절연 물질에 의해 방해받는 것을 원하지 않기 때문"이라고 Tian은 말했습니다. 그러나 이 경우 산화는 실리콘 물질을 친수성(물에 끌림)로 만들어 생물학적 조직에 대한 신호를 높임으로써 실제로 도움이 됩니다. "마지막으로, 몇 개의 원자 두께의 금속 산화물 층을 추가함으로써 장치 특성을 더욱 향상시킬 수 있습니다."라고 다른 연구 공동 저자인 Pengju Li가 말했습니다.

모든 구성 요소를 생분해성으로 만들 수 있기 때문에 과학자들은 이 기술이 단기 심장 시술에 사용되는 것을 상상할 수 있습니다. 제거를 위한 두 번째 수술 대신 부품은 몇 개월 후에 자연적으로 저하됩니다. 이 혁신적인 접근 방식은 심장의 좌우 심실이 제때 박동하지 않는 부정맥을 교정하려는 심장 재동기화 요법이라는 절차에 특히 유용할 수 있습니다. .

Prominski는 또한 신경 자극을 위한 가능한 응용 프로그램에 대해 흥분하고 있습니다. "예를 들어, 통증 완화를 제공하기 위해 손목이나 손에 만성 신경 퇴행이 있는 사람들에게 이러한 장치를 이식하는 것을 상상할 수 있습니다."라고 그는 말했습니다.

태양 전지를 만드는 이 새로운 방법은 지속 가능한 에너지 또는 기타 비의료 응용 분야에서도 관심을 가질 수 있습니다. 이러한 태양 전지는 액체 환경에서 가장 잘 작동하도록 설계되었기 때문에 UChicago 과학자들은 인공 잎 및 태양 연료와 같은 응용 분야에 사용될 수 있다고 생각합니다.