Il futuro della vista: gli scienziati sviluppano una cornea flessibile

Di Nanyang Technological University, 28 agosto 2023

Il professore associato Lee Seok Woo, della Scuola di ingegneria elettrica ed elettronica (EEE) della NTU, tiene in mano la batteria flessibile sottile come una cornea umana. Credito: NTU Singapore

I ricercatori della Nanyang Technological University di Singapore (NTU Singapore) hanno creato una batteria flessibile sottile come una cornea umana. Questo innovativo dispositivo di accumulo di energia si carica quando immerso in una soluzione salina e ha il potenziale per alimentare lenti a contatto intelligenti in futuro.

Le lenti a contatto intelligenti sono lenti a contatto ad alta tecnologia in grado di visualizzare informazioni visibili sulle nostre cornee e possono essere utilizzate per accedere alla realtà aumentata. Gli usi attuali includono l'aiuto nella correzione della vista, il monitoraggio della salute di chi li indossa e la segnalazione e il trattamento di malattie per persone con condizioni di salute croniche come il diabete e il glaucoma. In futuro, le lenti a contatto intelligenti potrebbero essere sviluppate per registrare e trasmettere tutto ciò che chi le indossa vede e sente in un archivio dati basato su cloud.

Tuttavia, per raggiungere questo potenziale futuro è necessario sviluppare una batteria sicura e adatta per alimentarli. Le batterie ricaricabili esistenti si basano su fili o bobine di induzione che contengono metallo e non sono adatte all'uso nell'occhio umano, poiché sono scomode e presentano rischi per l'utente.

La batteria sviluppata da NTU è realizzata con materiali biocompatibili e non contiene fili o metalli pesanti tossici, come quelli delle batterie agli ioni di litio o dei sistemi di ricarica wireless. Ha un rivestimento a base di glucosio che reagisce con gli ioni sodio e cloruro nella soluzione salina che lo circonda, mentre l'acqua contenuta nella batteria funge da "filo" o "circuito" per la generazione di elettricità.

La batteria potrebbe essere alimentata anche dalle lacrime umane poiché contengono ioni di sodio e potassio, in concentrazione inferiore. Testando l'attuale batteria con una soluzione lacrimale simulata, i ricercatori hanno dimostrato che la durata della batteria verrebbe prolungata di un'ora aggiuntiva per ogni ciclo di utilizzo di dodici ore. La batteria può anche essere caricata in modo convenzionale tramite un alimentatore esterno.

Il Prof. Assoc Lee e la co-prima autrice dello studio, Miss Li Zongkang, Ph.D. studente dell'EEE della NTU, che presenta la batteria. Credito: NTU Singapore

Il professore associato Lee Seok Woo, della School of Electrical and Electronic Engineering (EEE) della NTU, che ha guidato lo studio, ha dichiarato: “Questa ricerca è iniziata con una semplice domanda: le batterie delle lenti a contatto potrebbero essere ricaricate con le nostre lacrime? Esistono esempi simili di batterie autocaricanti, come quelle per la tecnologia indossabile alimentate dal sudore umano.

“Tuttavia, le tecniche precedenti per le batterie degli obiettivi non erano perfette poiché un lato dell’elettrodo della batteria era carico e l’altro no. Il nostro approccio può caricare entrambi gli elettrodi di una batteria attraverso una combinazione unica di reazione enzimatica e reazione di autoriduzione. Oltre al meccanismo di ricarica, si basa solo sul glucosio e sull’acqua per generare elettricità, entrambi sicuri per l’uomo e meno dannosi per l’ambiente se smaltiti, rispetto alle batterie convenzionali”.

Il co-autore Dr Yun Jeonghun, ricercatore dell’EEE della NTU, ha dichiarato: “Il sistema di ricarica della batteria più comune per lenti a contatto intelligenti richiede elettrodi metallici nella lente, che sono dannosi se esposti all’occhio umano nudo. Nel frattempo, un’altra modalità di alimentazione degli obiettivi, la ricarica a induzione, richiede che una bobina sia presente nell’obiettivo per trasmettere energia, proprio come un pad di ricarica wireless per uno smartphone. La nostra batteria a lacrime elimina le due potenziali preoccupazioni poste da questi due metodi, liberando allo stesso tempo spazio per ulteriori innovazioni nello sviluppo di lenti a contatto intelligenti”.

Highlighting the significance of the work done by the research team, NTU School of Mechanical & Aerospace Engineering Associate Professor Murukeshan Vadakke Matham, who specializes in biomedical and nanoscaleThe nanoscale refers to a length scale that is extremely small, typically on the order of nanometers (nm), which is one billionth of a meter. At this scale, materials and systems exhibit unique properties and behaviors that are different from those observed at larger length scales. The prefix "nano-" is derived from the Greek word "nanos," which means "dwarf" or "very small." Nanoscale phenomena are relevant to many fields, including materials science, chemistry, biology, and physics." data-gt-translate-attributes="[{"attribute":"data-cmtooltip", "format":"html"}]"nanoscale optics and was not involved in the study, said: “As this battery is based on glucose oxidase, which occurs naturally in humans and powered by chloride and sodium ions, such as those in our tears, they should be compatible and suitable for human usage. Besides that, the smart contact lenses industry has been looking for a thin, biocompatible battery that does not contain heavy metals, and this invention could help further their development to meet some unmet needs of the industry.”/p>