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體內植入設備用電問題解決有希望——用胃酸發(fā)電的電池

發(fā)布時間:2017-02-16 責任編輯:sherry

【導讀】隨著醫(yī)療科技的發(fā)展,在體內植入一些醫(yī)療設備,來幫助人們治療某些疾病或代替某些器官功能已經成為趨勢,但在植入設備時,總有一些隱憂,比如電池續(xù)航問題,那有什么好的解決方式么?
 
據悉,該電池設計靈感源于檸檬電池。小學自然課學過,檸檬電池只需將鍍鋅螺絲釘和銅片插入檸檬,即可利用檸檬酸中的氫離子產生電流。
 
隨著醫(yī)療科技的發(fā)展,在體內植入一些醫(yī)療設備,來幫助人們治療某些疾病或代替某些器官功能已經成為趨勢,但在植入設備時,總有一些隱憂,比如電池續(xù)航問題,因為許多醫(yī)療設備都是由電池驅動,但是傳統的醫(yī)療設備電池總是存在一些續(xù)航、安全方面的問題,更換也十分麻煩。不過這個問題似乎不用擔心了。
 
美國麻省理工學院和布萊根婦女醫(yī)院(Brigham and Women’s Hospital)的研究人員開發(fā)出一種用于醫(yī)療的新型電池,這種電池能夠靠胃酸驅動,可產生足夠電力供一些微型感測器或藥物輸送設備執(zhí)行。 MIT-Energy-Harvest 12麻省理工學院的羅伯特·蘭格(Robert Langer)教授與多名研究人員一道,在《自然》子刊《Nature Biomedical Engineering》發(fā)文報道了這一種新型藥丸。
 
這個電池的原型像一膠囊,直徑 12 毫米、高 40 毫米。研究人員表示,未來體積可能會更小。這一新型電池更安全廉價,有望取代目前體內感測器或藥物輸送設備所用電池。
 
這可不是為了好玩才搗鼓出來的發(fā)明。它的背后,是蘭格教授與合作者吉奧瓦尼·特拉維索(Giovanni Traverso)教授的奇思妙想。特拉維索教授先前是布里格姆婦女醫(yī)院的胃腸道專家和生物醫(yī)學工程師,同時也是這項研究的一位高級作者,這兩名科學家發(fā)明了一系列可以吞服的電子藥丸,用來監(jiān)測體溫、心率等生理指標。如果患者出現了異常,這些藥丸就可以釋放藥物,讓他們重回健康。
 
這項聽起來非常合理的設計,在實際操作上有著潛在問題——為了讓這些藥丸能被順利吞服,它們的體積必然受限,因此為這些藥丸供電的電池也不能太大,這極大影響了藥丸起效的時長。 MIT-Energy-Harvest 3“我們需要讓供電更持久。” 特拉維索教授說道。
 
據悉,該電池設計靈感源于檸檬電池。小學自然課學過,檸檬電池只需將鍍鋅螺絲釘和銅片插入檸檬,即可利用檸檬酸中的氫離子產生電流。在這個新型電池中,研究人員用了類似方法,將鋅和銅制電極放置在微型商用溫度感測器表面,鋅會釋放離子到胃液中,利用胃酸驅動電路,產生足夠的能源驅動感測器和一個 900 兆赫的發(fā)射機。
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研究人員目前已經在豬身上進行試驗,豬的消化道很長,足以檢測這款藥丸的持久度,感測器平均要 6 天才會通過豬的消化系統。在胃部時,電池可提供足夠能量驅動感測器,并每隔 12 秒發(fā)射一次無線訊號,將資料傳輸至 2 米外的基地臺。一旦設備進入小腸,電池提供的能量會大幅減少,但仍可在相當長的時間內驅動設備并傳遞資訊,只不過傳遞頻率會降低。
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“這項研究令人激動,”一名未參與該研究的專家評論說:“這代表了生物可吸收能源、高效電子裝置、先進的生物感受器、以及無線傳輸系統等多個領域的進步。”
 
“我們的工作有望帶來新一代電子藥丸,”蘭格教授說道:“它們有朝一日能用全新的方式監(jiān)控患者的健康,治療疾病。”
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用金箔包裹的藥物,能在適當的時候釋放出來(圖片來源:Nature)
 
這個電池的出現,意味著未來人們在體內植入設備時,就可利用人體自身資源來發(fā)電支持設備,更符合生活規(guī)律,省去了不少麻煩。
 
目前,科學家們正在改進這項發(fā)明。未來,它的體積有望縮小到現有體積的三分之一,并能利用搜集到的生理數據,為患者提供更好的醫(yī)療建議,甚至是在患者體內自動釋放藥物。一副全自動的健康時代畫卷,正在我們面前徐徐展開。
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