Energia

Monitor cardíaco alimentado por energia solar

Monitor cardíaco autoalimentado colado na pele
Esquema e foto do protótipo do aparelho capaz de fazer um eletrocardiograma. [Imagem: Sungjun Park et al. - 10.1038/s41586-018-0536-x]

Célula solar em vez de bateria

Dispositivos autoalimentados que possam ser colocados diretamente sobre a pele ou em tecidos e órgãos humanos têm um grande potencial para aplicações médicas.

Eles poderiam ser usados como sensores fisiológicos para o monitoramento em tempo real do funcionamento do coração ou do cérebro, por exemplo.

Na prática, no entanto, o volume das baterias ou a quantidade insuficiente de energia, e a interferência da alimentação elétrica, têm sido empecilhos difíceis de superar.

Uma equipe japonesa acaba de apresentar uma solução para esse dilema: um sistema de alta eficiência na fotoconversão - conversão de luz em eletricidade - das células solares de plástico, aquelas que são fabricadas por impressão sobre substratos flexíveis.

Sungjun Park e seus colegas conseguiram isto gerando um sistema de ranhuras em nanoescala na superfície da célula solar, o que tem o benefício adicional de capturar a luz de uma faixa de ângulos de incidência maior. O processo é caro para os grandes painéis solares convencionais, mas é adequado para fontes solares pequenas.

As células solares resultantes apresentaram uma alta taxa de potência por peso - 11,46 watts por grama - e uma eficiência de fotoconversão (EFC) de 10,5%, aproximando-se do "número mágico" de 15%, que tornará as células fotovoltaicas orgânicas competitivas com suas homólogas de silício.

Embora as células solares orgânicas ainda apresentem problemas quanto à durabilidade, com uma vida útil curta, os protótipos apresentaram uma redução na EFC de apenas 25% (de 9,82% para 7,33%) durante 900 ciclos, o que também supera as necessidades típicas de um aparelho de uso médico.

Sensor médico com energia solar

Para demonstrar uma aplicação prática, a equipe integrou transistores eletroquímicos orgânicos - um tipo de sensor - junto com as células solares em um substrato ultrafino (1 mm), para permitir a detecção de batimentos cardíacos e a gravação dos sinais de um eletrocardiograma. Os testes foram feitos diretamente no coração de animais de laboratório.

O dispositivo funcionou bem em um nível de iluminação de 10.000 lux - equivalente à luz de um dia ensolarado - e apresentou menos ruído do que aparelhos similares conectados a uma bateria, presumivelmente graças à eliminação dos fios para a transmissão de eletricidade.

"Este é um belo passo à frente na busca pela fabricação de dispositivos de monitoramento médico autoalimentados que possam ser colocados em tecidos humanos. Há algumas tarefas importantes por fazer, como o desenvolvimento de dispositivos de armazenamento de energia flexíveis, e continuaremos a colaborar com outros grupos para produzir dispositivos práticos.

"É importante salientar que, para as experiências atuais, nós trabalhamos na parte analógica do nosso dispositivo, que alimenta o aparelho e realiza a medição. Há também uma porção digital, baseada em silício, para a transmissão de dados, e mais trabalho nessa área também ajudará a tornar esses dispositivos práticos," disse o professor Kenjiro Fukuda, do Instituto RIKEN.

Bibliografia:

Self-powered ultra-flexible electronics via nano-grating-patterned organic photovoltaics
Sungjun Park, Soo Won Heo, Wonryung Lee, Daishi Inoue, Zhi Jiang, Kilho Yu, Hiroaki Jinno, Daisuke Hashizume, Masaki Sekino, Tomoyuki Yokota, Kenjiro Fukuda, Keisuke Tajima, Takao Someya
Nature
Vol.: 561, pages 516-521
DOI: 10.1038/s41586-018-0536-x




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