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靠胃酸驅(qū)動的微型電池研制成功

鉅大LARGE  |  點(diǎn)擊量:428次  |  2021年11月22日  

美國麻省理工學(xué)院和布萊根婦女醫(yī)院的研究人員開發(fā)出一種依靠胃酸驅(qū)動的伏打電池,可出現(xiàn)足夠電力供微型傳感器或藥物輸送設(shè)備運(yùn)行。他們在六日出版的《自然·生物醫(yī)學(xué)工程》雜志上撰文稱,這一新型電源更安全廉價(jià),有望成為目前體內(nèi)傳感器或藥物輸送設(shè)備所用電池的替代品。


醫(yī)生們常用植入式醫(yī)療設(shè)備進(jìn)行生命體征監(jiān)測或遞送藥物,這些設(shè)備通常由微型電池驅(qū)動,但傳統(tǒng)電池會自放電,存在安全風(fēng)險(xiǎn)。為解決這一問題,研究人員開發(fā)出靠胃酸驅(qū)動的新型電池。


該電池設(shè)計(jì)靈感源于檸檬電池。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出現(xiàn)電流。在新設(shè)計(jì)中,研究人員將鋅和銅制電極放置在微型商用溫度傳感器表面,鋅會釋放離子到胃液中,利用胃酸驅(qū)動電路,出現(xiàn)足夠的能源驅(qū)動傳感器和一個(gè)900兆赫的發(fā)射機(jī)。


研究人員在豬身上進(jìn)行的試驗(yàn)顯示,傳感器平均要用6天才會通過豬的消化系統(tǒng)。在胃部時(shí),電池可供應(yīng)足夠的能量驅(qū)動傳感器,并每隔12秒發(fā)射一次無線信號,將數(shù)據(jù)傳送至2米外的基站;一旦設(shè)備進(jìn)入小腸,電池供應(yīng)的能量會大幅減少,但仍可在相當(dāng)長的一段時(shí)間內(nèi)驅(qū)動設(shè)備并傳遞信息,只不過傳遞頻率會降低。


目前,該設(shè)備原型是一個(gè)直徑12毫米、高40毫米的圓柱體。研究人員認(rèn)為,通過定制集成電路,將能量采集器、發(fā)射機(jī)和微型處理器集成,可使設(shè)備體積縮小三分之二。一旦小型化成功,他們將開發(fā)其他類型的傳感器和應(yīng)用程序。

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充電溫度:0~45℃
-放電溫度:-40~+55℃
-40℃最大放電倍率:1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%

研究人員還指出,有關(guān)植入式醫(yī)療設(shè)備來說,能源的管理、轉(zhuǎn)換、存儲和利用始終是挑戰(zhàn)。新研究供應(yīng)了新思路,使他們意識到可利用人體自身資源開發(fā)出完全自我維持的系統(tǒng)。將來人們或僅靠一個(gè)自供電的“藥丸”就可進(jìn)行持續(xù)數(shù)周的生命體征監(jiān)測,相關(guān)數(shù)據(jù)會傳送到自己的手機(jī)上。


此外,新設(shè)備還可用于遞送藥物。研究人員靠此設(shè)備成功釋放了封裝在金薄膜中的藥物。(記者劉海英)



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