导读

电池的创新，对于电子设备来说具有十分重要的意义。最近，麻省理工学院和布里格姆妇女医院的研究人员设计了一种微型伏打电池，可由胃酸提供能量。它能产生足够的能量，供给小型传感器或者给药设备，并且可在胃肠道驻留更长的时间。

（图片来源于：麻省理工学院）

研究简介

Traverso ，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，其他的研究人员包括麻省理工学院教授 Robert Langer、麻省理工学院电气工程和计算机科学系的领头人 Anantha Chandrakasan教授、研究的首作者Phillip Nadeau。

这项研究发表在2月6号的《自然生物医学工程》刊物上。相对于传统电池设备，这种新型电池更加安全和低成本。

传统可消化电池

在这之前，Traverso 和 Langer 就构建和测试了许多可消化的设备，用于感知生理条件例如温度、心跳、呼吸率，或者用于一些疾病例如疟疾的给药。对此，Langer 说：

“这项研究可以带来新一代的可消化的电子药片，未来有一天将提供一些新方法，用于检测病人健康或者治疗疾病。”

这些可消化的设备通常由小型电池提供能量，但是传统的电池会随着时间推移自放电，并且存在安全隐患。

新电池研发

为了战胜这些缺陷，Traverso 和 Langer ，配合低功耗电子专家 adeau 和 Chandrakasan 一起展开研究。

研究团队从非常简单的伏打电池（柠檬电池）上获取灵感，这种电池由两个电极组成，通常是镀锌钉和铜硬币，它们连接着一个柠檬。柠檬中的柠檬酸携带着两个电极之间的微小电流。

为了模仿这种原理，研究人员将锌和铜的电极粘贴在可消化的传感器表面。锌能够将离子释放到胃酸中，为伏打电池供电，它产生的能量足以为商用温度传感器和900兆赫的发射机供电。

（图片来源于：麻省理工学院）

在对于猪的测试中，这种设备在消化道内存留6天时间。当这种伏打电池在胃里时产生的能量，足以供给温度传感器，并且可以每12秒发送一个信号，将数据无线传输到2米外的基站。

（图片来源于：麻省理工学院）

肠道环境比胃环境酸性小，一旦设备进入肠道，电池产生的能量只有胃中的百分之一。Traverso 说：

“但是那里仍有能量，你通过更长的时间吸收，用于发送较少的信息包。”

西北大学材料科学和工程专业的教授 John Rogers ，他虽然并没有参与这项研究，但是评论道：

“这篇论文报告了可消化电子方面许多振奋人心的进展，这种生物可吸收的电源，可以供给电子设备、高级传感器/制动器、无线通信系统。这些类型的系统具有巨大潜力以应对临床挑战。”

小型化

这种设备目前的原型是圆柱状的，长40毫米，直径12毫米，但是研究人员预期，通过定制一种集成电路携带能量吸收器、传输器、小型微处理器，可让胶囊体积缩小到三分之一。

Chandrakasan 说：

“目前植入式的医疗设备最大的挑战包括能量产生、传输、存储和利用。这项研究让我们可以预想新型医疗设备，通过身体本身产生能量，形成一个完全自我维持的系统。”

拓展应用

研究人员对于设备小型化后，他们预期添加其他类型的传感器，可开发新应用例如长期的生命体征检测。

Nadeau 称：

“你会拥有一个能量自我供给的药片，持续几周时间，从体内检测重要生命特征。你无需过多地考虑它，它可以自己进行测量，将数据传输到你的手机。”

这个设备也可以用于给药。在这项研究中，研究人员展示他们可以使用伏打电池产生能量，释放金膜封装的药物。这样有利于医生进行不同剂量的药物给药，例如控制血压的药物。

这样研究由德州仪器、香港科技创新署、美国国立卫生研究院和马克斯·普朗克研究奖共同赞助。

参考资料

【1】http://news.mit.edu/2017/engineers-harness-stomach-acid-power-tiny-sensors-0206

【2】http://www.nature.com/articles/s41551-016-0022

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