胃酸電池？想象力Max！

材料牛注：想象一下，你的胃里面有一個藥丸大小的電子設備，可以監測你的生命體征，而你只需要看看手機，就可以隨時查看這些數據，想想就覺得很有趣呢。但是，給這種設備供電是比較困難的，現在，麻省理工學院的科學家們發現，利用胃酸驅動這種“電池”可以實現動力源的自給自足。想知道它的原理嗎？其實很簡單。讓我們一探究竟！

小型可消化的電子設備被證明是用于藥物傳遞和侵入性治療（如結腸鏡檢查）的很好的替代品，但是要驅動它們卻是一個挑戰。安全可吞咽的電池正在被開發，麻省理工學院的研究人員們設計了一種利用胃酸驅動這些電池的方法，提供了一種比其他動力源更加廉價且安全的選擇。

這項新研究的主要作者Giovanni Traverso和Robert Langer之前就已經開發了一種可在胃中展開成星星狀，緩慢釋放藥物達幾個星期的藥物傳遞系統，和一種用于檢測病人心跳和呼吸的藥丸大小的傳感器。對于后者這種設備，需要從某處得到驅動力，但是普通電池往往會隨著時間的推移而磨損，而且通常含有有害的化學物質。

“我們需要一種可長時間驅動這些可吸收體系的方法，”Traverso說道，“我們發現胃腸道可以為藥物傳遞系統和傳感系統提供一個獨特的環境，并可為這些系統提供驅動力。”

考慮到反正大多數電池都是利用酸運行，那么我們為何不利用一下胃的酸性環境呢？一個公共科學實驗課用檸檬演示了這個想法：把一鋅片和銅片插在檸檬上，檸檬酸充當電解質，傳輸這兩種金屬（電極）間的電流。其產生的電力就足以驅動一個發光二極管。

研究人員按照比例縮小了上面那個模型，將他們自己的鋅電極和銅電極加在一個小型可吸收裝置外面，里面則包含一個溫度傳感器和一個900MHz的發射機。與檸檬一樣，胃酸也可以傳輸鋅到銅的電流，以驅動這個裝置。在豬身上進行測試時，該裝置可以獲取并每12秒無線發送一次溫度讀數，與接收裝置的距離為2m。

“植入醫療器械面臨的巨大挑戰包括管理能量的產生、轉換、儲存和使用，”這項研究的主要作者Anantha Chandrakasan說道，“這項工作讓我們想到一種新的醫療設備，由人體自身提供能量，實現自給自足。”

該研究團隊跟蹤了該設備在豬消化道中的“旅程”，發現該“旅程”平均耗時6天。當該設備離開胃進入小腸之后，酸度的降低減弱了它的效力，峰值降低了1%，但是發揮作用的時間卻延長了，仍然可以為傳輸數據提供足夠的電力，該數據傳輸的間隔通常低于12秒。

就其目前的形式來看，該可消化系統長約40mm，寬約12mm（1.5×1.5），并使用電力來釋放包裹在一層薄薄的金里的藥物。研究人員說，通過定制電路，他們可以將尺寸縮小到原來的三分之一，并配上其他傳感器和設備來檢測生命體征和治療各種疾病。

“現在，你可以用一個自供電的藥丸從你體內監測你的生命體征好幾個星期，而你根本無需去想它，”該研究的第一作者Philip Nadeau說道，“它就是待在那兒，進行測量，然后將數據發送到你的手機里。”

原文鏈接：Stomach acid powers up MIT's ingestible battery

文獻鏈接：Prolonged energy harvesting for ingestible devices

本文由材料人編輯部丁菲菲提供素材，黃亞編譯，點我加入材料人編輯部。

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