利用人体供能的可植入式医学设备

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利用人体供能的可植入式医学设备5 v; p0 e- `4 N0 N
来源:煎蛋网 / 作者: / 2017-05-217 A  t! C( x# G8 O/ b9 `6 T! P
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加州大学洛杉矶分校和康涅狄格大学的研究者设计了一种绿色生物能量存储系统，名为生物超级电容，能利用人体内的带电粒子运行。这种装置对人体生理系统无害，据此可做成更持久的心脏起搏器和其他植入式医疗设备。! u9 b3 G. v. i* `8 n: o3 T  o$ u& }
两个团队的领导人分别是 Richard Kaner 教授和 James Rusling 教授，该论文已发表在先进能源材料杂志上。
0 N6 P; `3 Y. C, Q. a能辅助管理不正常心脏的心跳节律的起搏器和其他植入式设备拯救了无数生命。但这些设备是由传统电池供电的，这些电池中的电量最终都会耗尽，然后就必须通过另外的痛苦手术和冒着感染风险更换电池。此外，电池中包含有毒材料，一旦泄露可能会危害病人健康。
+ F1 F- b) V$ A2 U因此，研究者提出了不用电池实现设备的储能。他们发明了一种超级电容，能利用诸如血清和尿液等生物液体中的电解质充电，并与另外一种名为能量采集器的设备一同工作。这种能量采集器能将人体的热能和运动转换为电力，类似于自动机械表通过佩戴者的身体运动供能。然后超级电容存储这些电力。
% G' p0 d6 `: s, R8 a加州大学洛杉矶分校博士后研究员、论文共同作者 Maher El-Kady 说道：“能量采集器和超级电容两者结合，能为植入式设备提供终身能量，可能永远都无需更换了。”
/ |. r3 O9 v( s0 [5 m! e6 T! w* U现在的起搏器通常约为 6 到 8 毫米厚，直径大致相当于 50 美分的硬币，而其中大部分空间都被电池所占据了。这种新型超级电容仅为 1 微米，比人类的头发还细得多，意味着可以改善可植入式设备的能量效率。并且能长时间维持自身性能，在人体内弯折扭曲都不会受到机械损伤，与目前用于起搏器中的薄膜锂电池相比，在同等尺寸下能存储更多电能。+ z7 s; H0 d$ v, |
康涅狄格大学研究生、论文第一作者 Islam Mosa 说道：“不同于使用化学反应的电池中会包含有毒材料和电极，这种新型生物超级电容可以利用血清中现成的离子或者带电分子存储能量。”
, a. g8 u0 c0 M' G这种新型生物超级电容利用石墨烯和层叠的修改人类蛋白质作为电极，还包含一个导体，能量采集器的电能就能通过该导体进入或者流出。该新平台也可最终用于开发下一代可植入式设备，加速骨生长，促进愈合速度或者刺激大脑等。. ]5 n/ ^6 Z  r, j6 D" t2 C- V
El-Kady 说道：“为了提高效率，无电池起搏器必须安装能够捕捉、存储和传输能量的超级电容，不过商用超级电容太慢了，无法满足要求。我们的研究着重于自定义设计自己的超级电容，提高能量捕捉效率，寻找一种与人体兼容的方式。”( P: E0 q0 ?& r) ~7 R  Z  u" v
论文原文：DOI: 10.1002/aenm.201700358
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