Een belangrijke doorbraak op dit gebied komt van een onderzoeksteam onder leiding van Lee Seok Woo van de NTU School of Electrical and Electronic Engineering. Ze hebben een metaalvrije batterij voor slimme contactlenzen ontwikkeld die kan worden opgeladen door de tranen van de gebruiker.
Deze batterij is gemaakt van biocompatibele materialen en gecoat met een op glucose gebaseerde laag. De coating reageert met natrium- en chloride-ionen die in tranen aanwezig zijn, waardoor elektriciteit wordt opgewekt via een enzymatisch middel.
Hoe het werkt
De innovatieve, traangeladen batterij werkt door een combinatie van enzymatische en zelfreductiereacties. De glucoselaag op de batterij reageert met de ionen in tranen om een elektrische lading te genereren.
Deze methode zorgt ervoor dat beide elektroden van de batterij gelijktijdig worden opgeladen, een aanzienlijke verbetering ten opzichte van eerdere technieken waarbij slechts één kant werd opgeladen. Dit ontwerp maakt de batterij niet alleen veiliger en effectiever, maar maakt ook gebruik van natuurlijke lichaamsvloeistoffen om de energie in stand te houden.
Deze revolutionaire aanpak pakt veel van de beperkingen aan van traditionele energiebronnen voor slimme contactlenzen. De batterij is ultradun (ongeveer 0.5 mm) en flexibel, waardoor hij comfortabel in de contactlens past.
Het produceert een stroomsterkte van 45 microampère en een maximaal uitgangsvermogen van 201 microwatt, voldoende om de lens de hele dag van stroom te voorzien. Bovendien kan hij worden opgeladen door de lens eenvoudigweg een nacht in een zoutoplossing te plaatsen, zodat hij elke dag volledig opgeladen kan starten.
Technische gegevens
De door NTU-onderzoekers ontwikkelde traanbatterij beschikt over indrukwekkende technische specificaties die hem geschikt maken voor integratie in slimme contactlenzen.
De batterij is ongelooflijk dun en meet ongeveer 0.5 mm, wat vergelijkbaar is met de dikte van de contactlens zelf. Dit ultradunne ontwerp zorgt ervoor dat de lens comfortabel blijft voor de drager en bevat tegelijkertijd geavanceerde elektronische functionaliteiten.
De batterij genereert een stroomsterkte van 45 microampère en een maximaal vermogen van 201 microwatt.
Deze cijfers zijn voldoende om de slimme contactlens een volledige dag te kunnen gebruiken. Dit uitgangsvermogen ondersteunt basisfunctionaliteiten zoals datatransmissie en mogelijk meer geavanceerde functies zoals augmented reality-displays en sensoren voor gezondheidsmonitoring.
Het innovatieve aspect van deze batterij ligt in het dubbele oplaadmechanisme. Het kan worden opgeladen met behulp van zowel een reguliere bekabelde methode als een chemische methode waarbij de tranen van de gebruiker betrokken zijn.
De chemische methode maakt gebruik van een op glucose gebaseerde coating op de batterij, die reageert met natrium- en chloride-ionen die in tranen aanwezig zijn. Deze reactie genereert een elektrische lading die het vermogen van de batterij aanvult.
Praktisch gezien kan de levensduur van de batterij met een extra uur worden verlengd voor elke twaalf uur gebruik wanneer deze wordt blootgesteld aan de tranen van de gebruiker.
Voor intensiever opladen kan de lens een nacht worden geweekt in een zoutoplossing verrijkt met glucose-, kalium- en natriumionen. Dit zorgt ervoor dat de batterij elke ochtend volledig is opgeladen en klaar is voor een nieuwe gebruiksdag.
De flexibiliteit en efficiëntie van dit oplaadmechanisme maken het bijzonder voordelig voor slimme contactlenzen, omdat het natuurlijke lichaamsvloeistoffen gebruikt om energie te behouden zonder dat er omvangrijke of zware componenten nodig zijn.
Batterijsamenstelling en mechanisme
De door NTU-onderzoekers ontwikkelde traanbatterij is samengesteld uit biocompatibele materialen, waardoor deze veilig is voor gebruik in contactlenzen. De belangrijkste innovatie van de batterij ligt in de op glucose gebaseerde coating, die reageert met natrium- en chloride-ionen in tranen om elektriciteit op te wekken.
Deze enzymatische reactie is niet alleen efficiënt, maar ook veilig, waarbij het gebruik van schadelijke metalen die risico's voor de ogen kunnen opleveren, wordt vermeden. Het biocompatibele karakter van de gebruikte materialen betekent dat de batterij in de lens kan worden geïntegreerd zonder irritatie of bijwerkingen te veroorzaken.
Energie-efficiëntie en levensduur
De energie-efficiëntie van de batterij is opmerkelijk. Het kan een stroomsterkte van 45 microampère en een maximaal uitgangsvermogen van 201 microwatt produceren, voldoende om de basisfunctionaliteiten van slimme contactlenzen van stroom te voorzien.
Uit laboratoriumtests met gesimuleerde traanoplossingen is gebleken dat voor elke twaalf uur slijtage de levensduur van de batterij met een extra uur kan worden verlengd. De batterij is bestand tegen maximaal 200 laad-ontlaadcycli, wat een redelijke levensduur oplevert bij regelmatig gebruik.
