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受柠檬电池启发,麻省理工成功研发出靠胃酸驱动的微型电池
爱因斯坦 2017-02-07
导语

美国麻省理工学院和布莱根妇女医院的研究人员开发出一种依靠胃酸驱动的伏打电池,可产生足够电力供微型传感器或药物输送设备运行。

美国麻省理工学院和布莱根妇女医院的研究人员开发出一种依靠胃酸驱动的伏打电池,可产生足够电力供微型传感器或药物输送设备运行。他们在6日出版的《自然·生物医学工程》杂志上撰文称,这一新型电源更安全廉价,有望成为目前体内传感器或药物输送设备所用电池的替代品。

医生们常用植入式医疗设备进行生命体征监测或递送药物,这些设备通常由微型电池驱动,但传统电池会自放电,存在安全风险。为解决这一问题,研究人员开发出靠胃酸驱动的新型电池。

该电池设计灵感源于柠檬电池。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。在新设计中,研究人员将锌和铜制电极放置在微型商用温度传感器表面,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传感器和一个900兆赫的发射机。

研究人员在猪身上进行的试验显示,传感器平均要用6天才会通过猪的消化系统。在胃部时,电池可提供足够的能量驱动传感器,并每隔12秒发射一次无线信号,将 数据传送至2米外的基站;一旦设备进入小肠,电池提供的能量会大幅减少,但仍可在相当长的一段时间内驱动设备并传递信息,只不过传递频率会降低。

目前,该设备原型是一个直径12毫米、高40毫米的圆柱体。研究人员认为,通过定制集成电路,将能量采集器、发射机和微型处理器集成,可使设备体积缩小三分之二。一旦小型化成功,他们将开发其他类型的传感器和应用程序。

研究人员还指出,对于植入式医疗设备来说,能源的管理、转换、存储和利用始终是挑战。新研究提供了新思路,使他们意识到可利用人体自身资源开发出完全自我维持的系统。将来人们或仅靠一个自供电的“药丸”就可进行持续数周的生命体征监测,相关数据会传送到自己的手机上。

此外,新设备还可用于递送药物。研究人员靠此设备成功释放了封装在金薄膜中的药物。

文章链接:

Phillip Nadeau, et al.Prolonged energy harvesting for ingestible devices. Nature Biomedical Engineering, 2017; 1: 0022 DOI: 10.1038/s41551-016-0022

(本文来源:中国科技网;)

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作者 爱因斯坦

科研工作者

北京航空航天大学

活跃作者
  • 爱因斯坦 科研工作者 北京航空航天大学 博士
  • 梅西 本科生 北京工业大学 本科
  • 金陵 本科生 北京大学 本科


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