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体内植入设备用电问题解决有希望——用胃酸发电的电池

发布时间:2017-02-16 责任编辑:sherry

【导读】随着医疗科技的发展,在体内植入一些医疗设备,来帮助人们治疗某些疾病或代替某些器官功能已经成为趋势,但在植入设备时,总有一些隐忧,比如电池续航问题,那有什么好的解决方式么?
 
据悉,该电池设计灵感源于柠檬电池。小学自然课学过,柠檬电池只需将镀锌螺丝钉和铜片插入柠檬,即可利用柠檬酸中的氢离子产生电流。
 
随着医疗科技的发展,在体内植入一些医疗设备,来帮助人们治疗某些疾病或代替某些器官功能已经成为趋势,但在植入设备时,总有一些隐忧,比如电池续航问题,因为许多医疗设备都是由电池驱动,但是传统的医疗设备电池总是存在一些续航、安全方面的问题,更换也十分麻烦。不过这个问题似乎不用担心了。
 
美国麻省理工学院和布莱根妇女医院(Brigham and Women’s Hospital)的研究人员开发出一种用于医疗的新型电池,这种电池能够靠胃酸驱动,可产生足够电力供一些微型感测器或药物输送设备执行。 MIT-Energy-Harvest 12麻省理工学院的罗伯特·兰格(Robert Langer)教授与多名研究人员一道,在《自然》子刊《Nature Biomedical Engineering》发文报道了这一种新型药丸。
 
这个电池的原型像一胶囊,直径 12 毫米、高 40 毫米。研究人员表示,未来体积可能会更小。这一新型电池更安全廉价,有望取代目前体内感测器或药物输送设备所用电池。
 
这可不是为了好玩才捣鼓出来的发明。它的背后,是兰格教授与合作者吉奥瓦尼·特拉维索(Giovanni Traverso)教授的奇思妙想。特拉维索教授先前是布里格姆妇女医院的胃肠道专家和生物医学工程师,同时也是这项研究的一位高级作者,这两名科学家发明了一系列可以吞服的电子药丸,用来监测体温、心率等生理指标。如果患者出现了异常,这些药丸就可以释放药物,让他们重回健康。
 
这项听起来非常合理的设计,在实际操作上有着潜在问题——为了让这些药丸能被顺利吞服,它们的体积必然受限,因此为这些药丸供电的电池也不能太大,这极大影响了药丸起效的时长。 MIT-Energy-Harvest 3“我们需要让供电更持久。” 特拉维索教授说道。
 
据悉,该电池设计灵感源于柠檬电池。小学自然课学过,柠檬电池只需将镀锌螺丝钉和铜片插入柠檬,即可利用柠檬酸中的氢离子产生电流。在这个新型电池中,研究人员用了类似方法,将锌和铜制电极放置在微型商用温度感测器表面,锌会释放离子到胃液中,利用胃酸驱动电路,产生足够的能源驱动感测器和一个 900 兆赫的发射机。
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研究人员目前已经在猪身上进行试验,猪的消化道很长,足以检测这款药丸的持久度,感测器平均要 6 天才会通过猪的消化系统。在胃部时,电池可提供足够能量驱动感测器,并每隔 12 秒发射一次无线讯号,将资料传输至 2 米外的基地台。一旦设备进入小肠,电池提供的能量会大幅减少,但仍可在相当长的时间内驱动设备并传递资讯,只不过传递频率会降低。
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“这项研究令人激动,”一名未参与该研究的专家评论说:“这代表了生物可吸收能源、高效电子装置、先进的生物感受器、以及无线传输系统等多个领域的进步。”
 
“我们的工作有望带来新一代电子药丸,”兰格教授说道:“它们有朝一日能用全新的方式监控患者的健康,治疗疾病。”
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用金箔包裹的药物,能在适当的时候释放出来(图片来源:Nature)
 
这个电池的出现,意味着未来人们在体内植入设备时,就可利用人体自身资源来发电支持设备,更符合生活规律,省去了不少麻烦。
 
目前,科学家们正在改进这项发明。未来,它的体积有望缩小到现有体积的三分之一,并能利用搜集到的生理数据,为患者提供更好的医疗建议,甚至是在患者体内自动释放药物。一副全自动的健康时代画卷,正在我们面前徐徐展开。
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