視覚の未来: 科学者が柔軟な角膜を開発

南洋理工大学より2023年8月28日

人間の角膜と同じくらいの薄さのフレキシブルバッテリーを掲げるNTU電気電子工学院（EEE）のLee Seok Woo准教授。 クレジット: NTU シンガポール

シンガポールの南洋理工大学 (NTU シンガポール) の研究者らは、人間の角膜と同じくらい薄いフレキシブルなバッテリーを開発しました。 この革新的なエネルギー貯蔵デバイスは、生理食塩水に浸すと自動的に充電され、将来的にはスマート コンタクト レンズに燃料を供給する可能性があります。

スマート コンタクト レンズは、角膜上に可視情報を表示できるハイテク コンタクト レンズで、拡張現実にアクセスするために使用できます。 現在の用途には、視力の矯正、着用者の健康状態の監視、糖尿病や緑内障などの慢性健康状態を持つ人々の病気の発見と治療が含まれます。 将来的には、着用者が見たり聞いたりするすべてのものを記録し、クラウドベースのデータ ストレージに送信するスマート コンタクト レンズが開発される可能性があります。

ただし、この将来の可能性に到達するには、電力を供給するための安全で適切なバッテリーを開発する必要があります。 既存の充電式バッテリーは、金属を含むワイヤーまたは誘導コイルに依存しており、不快でユーザーに危険をもたらすため、人間の目に使用するのには適していません。

NTU が開発したバッテリーは生体適合性のある素材で作られており、リチウムイオンバッテリーやワイヤレス充電システムに含まれるようなワイヤーや有毒な重金属は含まれていません。 バッテリーには周囲の食塩水中のナトリウムおよび塩化物イオンと反応するグルコースベースのコーティングが施されており、バッテリーに含まれる水は電気を生成するための「ワイヤー」または「回路」として機能します。

人間の涙には低濃度のナトリウムイオンとカリウムイオンが含まれているため、バッテリーに電力を供給することもできる。 研究者らは、模擬引裂き溶液を使用して現在のバッテリーをテストし、12 時間の着用サイクルごとにバッテリーの寿命がさらに 1 時間延長されることを示しました。 バッテリは、従来のように外部電源によって充電することもできます。

Lee准教授と研究の共同筆頭著者であるLi Zongkang博士。 NTU の EEE の学生がバッテリーをプレゼントしました。 クレジット: NTU シンガポール

この研究を主導したNTU電気電子工学部（EEE）のLee Seok Woo准教授は、「この研究は、私たちの涙でコンタクトレンズの電池を充電できるだろうかという単純な疑問から始まりました」と述べた。 人間の汗によって電力を供給されるウェアラブル技術用のバッテリーなど、自己充電バッテリーの同様の例もありました。

「しかし、レンズバッテリーに関するこれまでの技術は、バッテリー電極の片側が充電され、もう一方の電極が充電されていなかったため、完璧ではありませんでした。 私たちのアプローチは、酵素反応と自己還元反応の独自の組み合わせを通じてバッテリーの両方の電極を充電できます。 充電メカニズムに加えて、電気を生成するためにブドウ糖と水のみに依存しており、どちらも人間にとって安全であり、従来の電池と比較して廃棄時に環境への悪影響が少ないです。」

NTU EEE の共同筆頭著者であるユン・ジョンフン博士は次のように述べています。「スマート コンタクト レンズの最も一般的なバッテリー充電システムでは、レンズ内に金属電極が必要ですが、人間の裸眼にさらされると有害です。 一方、レンズに電力を供給する別のモードである誘導充電では、スマートフォンのワイヤレス充電パッドと同様に、電力を伝送するためにレンズ内にコイルが必要です。 当社の涙液ベースのバッテリーは、これら 2 つの方法が引き起こす 2 つの潜在的な懸念を解消すると同時に、スマート コンタクト レンズの開発におけるさらなる革新のためのスペースを解放します。」

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>