神奇的可食用电池——开启医疗装置新时代

材料牛注：电池可以吞食并被消化掉，说出来可能觉得天方夜谭，但是近日来自卡内基梅隆大学的Christopher Bettinger团队研究开发了一种可吞服、可降解的生物兼容性电池，或将用于可摄入医疗装置和靶向药物的递送。无毒、可吞服电池将来可能为可摄入体内的医疗装置提供能源，用于诊断和治疗疾病。一个研究团队从皮肤、头发和眼睛中提取黑色素，用于制造电池，并对该成果进行了报道。

该研究团队在周四举行的第252届美国化学协会（ACS）国家会议及博览会上展示了这款神奇的电池，此次会议主题广泛，约9000个科学主题报告。

“几十年来，人们一直设想能够通过可食用电子设备进行诊断或疾病治疗。但是，如果每天像吃药片那样服用医疗电子设备，毒性问题就不得不考虑了。因此我们需要寻找生物衍生材料来代替传统电子设备的材料。” Christopher Bettinger博士说。

大约20年前，科学家们开发了一种电池供电的可摄入相机作为内镜辅助工具。在消化系统中，它可以在传统内窥镜无法进入的地方成像，并且通过身体排泄出去。单次使用的话，传统电池相机被卡在胃肠道中的风险很小。但如果医生频繁在同一患者体内使用，出错的几率就会大幅度增加。

相机和一些植入式设备，如依靠电池运行的心脏起搏器，包含有不能与人体接触的有毒成分。对于低功耗、重复应用设备，如药物输送装置，可吞食、无毒、可降解的电池将是理想的能源。

Bettinger说：“可吞食、可降解设备的定义是在人体存在不超过大约20个小时，即使有边际效应，也正是你所需要的。”

虽然不必担心使用寿命，但毒性是一个问题。为了减少未来摄入设备的潜在危害，卡内基梅隆大学（CMU）的Bettinger研究团队决定转向黑色素和其他天然化合物。在我们的皮肤、头发和眼睛中，黑色素能够吸收紫外线光淬灭自由基，从而保护我们免受伤害，同时黑色素能够结合和释放金属离子。Bettinger说：“我们认为，这基本上是一种电池。”

在此基础上，研究人员尝试利用黑色素作为正负极，氧化锰和磷酸钠为电极材料，用于身体正常运行的铜和铁离子来设计制作可降解电池。

Hang-Ah Park博士，目前是卡内基梅隆大学的一名博士后研究员。他说：“我们发现它们基本上能工作，具体的数字取决于配置。比如，我们使用600毫克的活性黑色素材料作为阴极材料，可以为一个额定功率5毫瓦的电子设备供电长达18个小时。”

黑色素电池虽然相对锂离子电池来说容量较低，但已足够运行可摄入药物传送或传感装置。例如，Bettinger希望利用研究小组的电池检测肠道菌群的变化和释放药物的反应，或者在疫苗降解前提供几个小时的爆发式反应。

同时，该团队也使用其他生物材料来制作可食用电池，比如果胶。果胶是从植物中获取的一种天然化合物，在果酱和果冻中作为胶凝剂。其次，研究人员计划开发将电池安全地输送到胃部的包装材料。

这些电池是否用于生物医学设备是不确定的，但Bettinger已经找到了电池的另一个应用。他的实验室使用电池来探测黑色素的结构和化学性质，以便更好地了解它们的工作原理。

原文链接：Battery You Can Swallow Could Enable Future Ingestible Medical Devices。

本文由编辑部杨洪期提供素材，王飞编译，万鑫浩审核，点我加入材料人编辑部。