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    Cell Press细胞出版社刊载中国天津理工大学刘喜正教授关于依靠人体内氧气为心脏起搏器供电论文

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    精神小伙

      从心脏起搏器到神经刺激器,植入式医疗设备依靠电池来工作。但电池最终会耗尽,就需要进行侵入性手术来更换。为了解决这些问题,研究人员设计了一种植入式电池,可以依靠体内的氧气运行。在大鼠身上的研究表明,概念验证设计可以提供稳定的电力,并且与生物系统兼容。3月27日,相关论文以“Implantable and bio-compatible Na-O2 battery”为题发表在Cell Press细胞出版社旗下期刊Chem上。

    Cell Press细胞出版社刊载中国天津理工大学刘喜正教授关于依靠人体内氧气为心脏起搏器供电论文

      “想想看,氧气是我们生命的源泉。”论文通讯作者、中国天津理工大学教授刘喜正说,“如果我们能够利用起体内持续供应的氧气,电池寿命将不会受到传统电池材料的限制。”

      为了制造一种安全高效的电池,研究人员用钠基合金和纳米多孔金制作了电极,纳米多孔金是一种比头发丝宽度小数千倍的多孔材料。黄金因其生物相容性而闻名,而钠是人体中必不可少的普遍元素。该电极能与体内的氧气发生化学反应,产生电能。

      为了保护电池,研究人员将其包裹在一层柔软柔韧的多孔聚合物薄膜中。然后,研究人员将电池植入大鼠背部皮肤下,并测量其电量输出。两周后,他们发现该电池可以产生1.3 V~1.4 V的稳定电压,最大功率密度为2.6?W/cm。虽然输出的能量不足以为医疗设备供电,但该设计试验表明,利用体内的氧气作为能量来源是可能的。

    Cell Press细胞出版社刊载中国天津理工大学刘喜正教授关于依靠人体内氧气为心脏起搏器供电论文

      研究小组还评估了电池周围的炎症反应、代谢变化和组织再生,发现大鼠没有出现明显的炎症。电池化学反应的副产品,包括钠离子、氢氧化物离子和少量过氧化氢,很容易被人体代谢,不会影响肾脏和肝脏。大鼠在植入后恢复良好,4周后背部的毛发完全再生。而且,令研究人员惊讶的是,电池周围的血管也再生了。

      “一开始,我们对植入后不稳定的电力输出感到困惑。”刘喜正说,“事实证明,在电池能够提供稳定的电力之前,必须让伤口愈合,让电池周围的血管再生并提供氧气。这是一个令人惊讶和有趣的发现,因为这意味着电池可以帮助监测伤口愈合。”

      下一步,该团队计划通过探索更有效的电极材料和优化电池结构和设计来提高电池的能量输出。刘喜正还指出,这种电池很容易扩大生产规模,选择具有成本效益的材料可以进一步降低价格。除了为医疗设备供电外,该电池还可以用于其他用途。

      “因为肿瘤细胞对氧气水平很敏感,在其周围植入这种耗氧电池可能有助于‘饿死’癌细胞。也有可能将电池能量转化为热量来杀死癌细胞。”刘喜正说,“从一种新能源到潜在的生物疗法,这种电池的前景令人兴奋。”

      相关论文信息

      论文原文刊载于Cell Press旗下期刊Chem,

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