※芝加哥大學研發多孔太陽能電池製造新方法。(Photo credit: University Of Chicago: Physical Sciences Division - Tian Lab)

在一項新的研究中，芝加哥大學的科學家發現，可以利用刻孔來改善包括醫療設備在內的技術。發表在《Nature Materials》的論文描述了一種製造太陽能電池的全新方法，也就是透過在頂層刻孔使其成為多孔電池。這項創新有助於製造一個侵入性較低的節律器或其他類似的醫療設備。它可以與小型光源搭配，以減少目前與節律器一起植入的電池尺寸。

該團隊感興趣的領域之一是製造由光驅動的設備。我們最熟悉的是太陽能電池的形式，但它們也可以使用任何光源，包括人造光源。當在體內運行時，這種設備被稱為光電化學電池，可以由植入體內的微小光纖供電。

通常太陽能電池會有兩層，也就是結合矽與另一種如黃金等材料結合起來，或者通過將不同種類的原子混合到每個矽層。

但是芝加哥大學Tian lab的科學家發現，如果他們把其中一層做成像海綿一樣具有多孔的特質，就可以用純矽製造出太陽能電池。

這樣柔軟、有彈性的電池不到5微米寬，大約是一個紅血球的大小。它可以與光纖配對，光纖可以做得像人的頭髮一樣薄；大大減少了植入物的尺寸，使其更適合人體，更不會引起副作用。

與製造傳統太陽能電池的方式相比，多孔電池有多種優勢，在保持最終產品功效的同時，簡化了生產過程。

團隊成員之一的Prominski 表示：「製造這些電池只需要幾分鐘，而且過程不需要高溫或有毒氣體。｣

接著，為了提高該材料刺激心臟或神經細胞的能力，他們用氧電漿來氧化表層。這個步驟對化學家來說是悖離直覺的，因為氧化矽通常作為絕緣體，而你不希望光電化學效應受到任何絕緣材料的阻礙。然而，在這種情況下，氧化實際上有助於使矽材料具有親水性，從而提高了生物組織的信號。最後，透過添加幾個原子厚的金屬氧化物層，可以進一步提高設備的性能。

因為所有的原料都是可生物降解的，所以科學家們可以想像該技術用於短期的心臟手術。這些原料將在幾個月後自然降解，而不需要進行第二次手術才能取出。這種創新方法也可能對一種稱為心臟再同步化治療(cardiac resynchronization therapy)特別有用，這種手術是在糾正左右心室不能同步跳動的心律失常，因為這些設備可以被放置在心臟的多個區域以提高覆蓋率。

Prominski也對神經刺激的可能應用感到興奮。例如，將這種設備植入手腕或手部有慢性神經退化的人體內，以緩解疼痛。

這種製造太陽能電池的新方法也可能對永續能源或其他非醫療應用派上用場。因為這些太陽能電池在液體環境中效率最好，所以芝加哥大學的科學家認為它們可以用於人工樹葉和太陽能燃料等應用。

Tian的團隊正在與芝加哥大學醫學院的心臟研究人員合作，進一步開發該技術，以便用於人類。他們還在與芝加哥大學Polsky Center for Entrepreneurship and Innovation合作，將這一發現商業化。

(來源:News Medical Life Sciences 生策中心編譯)