科學家發明新型電池：由胃酸提供能量，可消化！

導讀

電池的創新，對於電子設備來說具有十分重要的意義。最近，麻省理工學院和布里格姆婦女醫院的研究人員設計了一種微型伏打電池，可由胃酸提供能量。它能產生足夠的能量，供給小型感測器或者給葯設備，並且可在胃腸道駐留更長的時間。

（圖片來源於：麻省理工學院）

研究簡介

Traverso ，是布里格姆婦女醫院的胃腸道專家和生物醫學工程師，同時也是這項研究的一位高級作者，其他的研究人員包括麻省理工學院教授 Robert Langer、麻省理工學院電氣工程和計算機科學系的領頭人 Anantha Chandrakasan教授、研究的首作者Phillip Nadeau。

這項研究發表在2月6號的《自然生物醫學工程》刊物上。相對於傳統電池設備，這種新型電池更加安全和低成本。

傳統可消化電池

在這之前，Traverso 和 Langer 就構建和測試了許多可消化的設備，用於感知生理條件例如溫度、心跳、呼吸率，或者用於一些疾病例如瘧疾的給葯。對此，Langer 說：

「這項研究可以帶來新一代的可消化的電子藥片，未來有一天將提供一些新方法，用於檢測病人健康或者治療疾病。」

這些可消化的設備通常由小型電池提供能量，但是傳統的電池會隨著時間推移自放電，並且存在安全隱患。

新電池研發

為了戰勝這些缺陷，Traverso 和 Langer ，配合低功耗電子專家 adeau 和 Chandrakasan 一起展開研究。

研究團隊從非常簡單的伏打電池（檸檬電池）上獲取靈感，這種電池由兩個電極組成，通常是鍍鋅釘和銅硬幣，它們連接著一個檸檬。檸檬中的檸檬酸攜帶著兩個電極之間的微小電流。

為了模仿這種原理，研究人員將鋅和銅的電極粘貼在可消化的感測器表面。鋅能夠將離子釋放到胃酸中，為伏打電池供電，它產生的能量足以為商用溫度感測器和900兆赫的發射機供電。

（圖片來源於：麻省理工學院）

在對於豬的測試中，這種設備在消化道內存留6天時間。當這種伏打電池在胃裡時產生的能量，足以供給溫度感測器，並且可以每12秒發送一個信號，將數據無線傳輸到2米外的基站。

（圖片來源於：麻省理工學院）

腸道環境比胃環境酸性小，一旦設備進入腸道，電池產生的能量只有胃中的百分之一。Traverso 說：

「但是那裡仍有能量，你通過更長的時間吸收，用於發送較少的信息包。」

西北大學材料科學和工程專業的教授 John Rogers ，他雖然並沒有參與這項研究，但是評論道：

「這篇論文報告了可消化電子方面許多振奮人心的進展，這種生物可吸收的電源，可以供給電子設備、高級感測器/制動器、無線通信系統。這些類型的系統具有巨大潛力以應對臨床挑戰。」

小型化

這種設備目前的原型是圓柱狀的，長40毫米，直徑12毫米，但是研究人員預期，通過定製一種集成電路攜帶能量吸收器、傳輸器、小型微處理器，可讓膠囊體積縮小到三分之一。

Chandrakasan 說：

「目前植入式的醫療設備最大的挑戰包括能量產生、傳輸、存儲和利用。這項研究讓我們可以預想新型醫療設備，通過身體本身產生能量，形成一個完全自我維持的系統。」

拓展應用

研究人員對於設備小型化後，他們預期添加其他類型的感測器，可開發新應用例如長期的生命體征檢測。

Nadeau 稱：

「你會擁有一個能量自我供給的藥片，持續幾周時間，從體內檢測重要生命特徵。你無需過多地考慮它，它可以自己進行測量，將數據傳輸到你的手機。」

這個設備也可以用於給葯。在這項研究中，研究人員展示他們可以使用伏打電池產生能量，釋放金膜封裝的藥物。這樣有利於醫生進行不同劑量的藥物給葯，例如控制血壓的藥物。

這樣研究由德州儀器、香港科技創新署、美國國立衛生研究院和馬克斯·普朗克研究獎共同贊助。

參考資料

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

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