24.05.2022 - Technische Universität München

Une mini-pile à combustible produit de l'électricité en utilisant le sucre du corps.

Source d'énergie à base de glucose pour les implants et les capteurs médicaux

Le glucose est la source d'énergie la plus importante du corps humain. Des scientifiques de l'Université technique de Munich (TUM) et du Massachusetts Institute of Technology (MIT) veulent maintenant utiliser le sucre du corps comme source d'énergie pour des implants médicaux. Ils ont mis au point une pile à combustible au glucose qui convertit le sucre en électricité.

Les implants médicaux tels que les capteurs pour la mesure des fonctions vitales, les électrodes pour la stimulation cérébrale profonde dans le traitement de la maladie de Parkinson et les stimulateurs cardiaques nécessitent tous des sources d'énergie aussi fiables et aussi petites que possible. Mais il existe des limites à la réduction de la taille des batteries, car celles-ci doivent avoir un certain volume pour pouvoir stocker de l'énergie.

Une équipe de recherche dirigée par Jennifer Rupp, professeur de chimie des électrolytes solides à la TUM, et Philipp Simons, du MIT, ont mis au point une pile à combustible au glucose de 400 nanomètres d'épaisseur seulement, soit un centième du diamètre d'un cheveu humain. "Au lieu d'utiliser une batterie, qui représente 90 % du volume d'un implant, notre dispositif peut être monté sous la forme d'un film mince sur une puce de silicium ou peut-être même, à l'avenir, sur la surface de l'implant lui-même", explique M. Rupp.

La céramique remplace le plastique

La pile à combustible au glucose se compose d'une cathode et d'une anode ainsi que d'une couche d'électrolyte. Le glucose de l'organisme est transformé en acide gluconique à l'anode, ce qui libère des protons. L'électrolyte conduit ces protons à travers la pile à combustible jusqu'à la cathode, où ils se recombinent avec l'air pour former des molécules d'eau. Les électrons circulent dans un circuit électrique externe qui peut alimenter un appareil électronique.

L'idée d'utiliser des piles à combustible à base de glucose comme source d'énergie n'est pas nouvelle : les dispositifs précédents utilisaient une couche d'électrolyte en plastique. "Les matériaux plastiques n'étant pas compatibles avec les procédés de production courants dans l'industrie des semi-conducteurs, il est difficile de les appliquer aux puces en silicium, qui sont à la pointe de la technologie dans les implants médicaux. Des matériaux durs sont nécessaires à cet effet", explique M. Simons. Autre inconvénient des électrolytes à base de plastique : Les polymères qui composent le plastique étaient parfois endommagés lors de la stérilisation des implants.

Les chercheurs ont donc utilisé des électrolytes en céramique pour leur nouvelle pile à combustible. La céramique qu'ils ont choisie est facile à miniaturiser et à intégrer sur une puce de silicium et est biocompatible. Le matériau peut également résister à des températures élevées.

La plus haute densité de puissance jamais atteinte

L'équipe a produit 150 piles à combustible au glucose sur une puce, chaque cellule ne faisant que 400 nanomètres d'épaisseur et environ 300 micromètres de largeur. Les chercheurs ont réussi à monter les cellules sur des plaquettes de silicium, prouvant ainsi que les dispositifs pouvaient être combinés à un matériau semi-conducteur classique. Ils ont ensuite laissé couler une solution de glucose sur la plaquette.

Ils ont constaté que de nombreuses cellules généraient une tension de crête d'environ 80 millivolts, suffisante pour alimenter, par exemple, des capteurs et de nombreux autres dispositifs électroniques destinés aux implants. Compte tenu de la taille minuscule de chaque cellule, il s'agit de la densité de puissance la plus élevée jamais atteinte à ce jour pour une pile à combustible au glucose.

"C'est la première fois que la conduction protonique dans des matériaux électrocéramiques a été utilisée avec succès pour convertir le glucose en électricité", explique M. Rupp. Dans une prochaine étape, l'équipe de recherche souhaite contribuer à l'application pratique à long terme de cette découverte.

Note: Cet article a été traduit à l'aide d'un système informatique sans intervention humaine. LUMITOS propose ces traductions automatiques pour présenter un plus large éventail d'actualités. Comme cet article a été traduit avec traduction automatique, il est possible qu'il contienne des erreurs de vocabulaire, de syntaxe ou de grammaire. L'article original dans Anglais peut être trouvé ici.

Faits, contextes, dossiers
  • capteurs
  • céramiques
Plus sur TUM
  • Actualités

    En route vers la super-batterie

    Une équipe de recherche dirigée par l'Université technique de Munich (TUM) a examiné en profondeur le fonctionnement interne des batteries pendant leur charge et leur décharge. Leurs conclusions pourraient permettre d'optimiser les processus de charge. Lorsqu'une voiture électrique est en c ... en savoir plus

    Quand les particules quantiques volent comme des abeilles

    Un système quantique composé de seulement 51 atomes chargés peut prendre plus de deux quadrillions d'états différents. Calculer le comportement du système est un jeu d'enfant pour un simulateur quantique. Pourtant, même avec les superordinateurs d'aujourd'hui, il est presque impossible de v ... en savoir plus

    Éclairage lumineux, stable et facile à recycler

    Une technologie d'éclairage peu coûteuse et facile à fabriquer peut être réalisée avec des cellules électrochimiques émettant de la lumière. Ces cellules sont des dispositifs électroniques et ioniques en couches minces qui génèrent de la lumière après l'application d'une faible tension. Des ... en savoir plus

Plus sur MIT