胃酸电池？想象力Max！

材料牛注：想象一下，你的胃里面有一个药丸大小的电子设备，可以监测你的生命体征，而你只需要看看手机，就可以随时查看这些数据，想想就觉得很有趣呢。但是，给这种设备供电是比较困难的，现在，麻省理工学院的科学家们发现，利用胃酸驱动这种“电池”可以实现动力源的自给自足。想知道它的原理吗？其实很简单。让我们一探究竟！

小型可消化的电子设备被证明是用于药物传递和侵入性治疗（如结肠镜检查）的很好的替代品，但是要驱动它们却是一个挑战。安全可吞咽的电池正在被开发，麻省理工学院的研究人员们设计了一种利用胃酸驱动这些电池的方法，提供了一种比其他动力源更加廉价且安全的选择。

这项新研究的主要作者Giovanni Traverso和Robert Langer之前就已经开发了一种可在胃中展开成星星状，缓慢释放药物达几个星期的药物传递系统，和一种用于检测病人心跳和呼吸的药丸大小的传感器。对于后者这种设备，需要从某处得到驱动力，但是普通电池往往会随着时间的推移而磨损，而且通常含有有害的化学物质。

“我们需要一种可长时间驱动这些可吸收体系的方法，”Traverso说道，“我们发现胃肠道可以为药物传递系统和传感系统提供一个独特的环境，并可为这些系统提供驱动力。”

考虑到反正大多数电池都是利用酸运行，那么我们为何不利用一下胃的酸性环境呢？一个公共科学实验课用柠檬演示了这个想法：把一锌片和铜片插在柠檬上，柠檬酸充当电解质，传输这两种金属（电极）间的电流。其产生的电力就足以驱动一个发光二极管。

研究人员按照比例缩小了上面那个模型，将他们自己的锌电极和铜电极加在一个小型可吸收装置外面，里面则包含一个温度传感器和一个900MHz的发射机。与柠檬一样，胃酸也可以传输锌到铜的电流，以驱动这个装置。在猪身上进行测试时，该装置可以获取并每12秒无线发送一次温度读数，与接收装置的距离为2m。

“植入医疗器械面临的巨大挑战包括管理能量的产生、转换、储存和使用，”这项研究的主要作者Anantha Chandrakasan说道，“这项工作让我们想到一种新的医疗设备，由人体自身提供能量，实现自给自足。”

该研究团队跟踪了该设备在猪消化道中的“旅程”，发现该“旅程”平均耗时6天。当该设备离开胃进入小肠之后，酸度的降低减弱了它的效力，峰值降低了1%，但是发挥作用的时间却延长了，仍然可以为传输数据提供足够的电力，该数据传输的间隔通常低于12秒。

就其目前的形式来看，该可消化系统长约40mm，宽约12mm（1.5×1.5），并使用电力来释放包裹在一层薄薄的金里的药物。研究人员说，通过定制电路，他们可以将尺寸缩小到原来的三分之一，并配上其他传感器和设备来检测生命体征和治疗各种疾病。

“现在，你可以用一个自供电的药丸从你体内监测你的生命体征好几个星期，而你根本无需去想它，”该研究的第一作者Philip Nadeau说道，“它就是待在那儿，进行测量，然后将数据发送到你的手机里。”

原文链接：Stomach acid powers up MIT's ingestible battery

文献链接：Prolonged energy harvesting for ingestible devices

本文由材料人编辑部丁菲菲提供素材，黄亚编译，点我加入材料人编辑部。

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