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。