無需電池的醫療植入物使用生物體液進行充電

據外媒報道，儘管近年來醫學植入技術已飛速發展,但大多數醫學植入物仍需使用傳統電池，這些電池含有對人體有害的有毒化學物質，也需要定期進行更換，導致痛苦和危險的外科手術。而現在一種被稱為「生物超級電容器」（biological supercapacitor）的新型儲能系統可以使無需電池的可植入設備無需進行更換。

此前一個德國研究團隊開發出一種從患者血糖中獲取能量的生物燃料電池; 而一個韓國團隊也曾研發由患者身體自身肌肉驅動的心臟起搏器。另外美國斯坦福大學的研究人員開發出了一種對植入設備進行無線充電的新方法。

而現在加州大學洛杉磯分校(UCLA)和康涅狄格大學的一組研究人員設計了一個生物友好的超級電容器系統，使用生物體液電解質（如血清和尿液）進行充電。其能與能量收集器一起工作，能夠將熱量和運動轉換成存儲在超級電容器中的電力。

這項研究的作者Islam Mosa解釋說：「與通過化學反應並利用有毒化學物質和電解質儲存能量的電池不同，這種新一代生物超級電容器通過利用血清中容易獲得的離子或帶電分子來儲存能量。」

新的「生物超級電容器」包含由石墨烯（被改性人類蛋白質覆蓋）製成的電極組成，而生物體液則充當電解質。與未改性石墨烯氧化物在低劑量時會引起毒性細胞損傷不同的是， 由該團隊開發的蛋白質改性石墨烯氧化物納米複合材料在高濃度下對小鼠胚胎成纖維細胞和細胞培養物沒有毒性。

該團隊表示，這種柔性生物電容器裝置的尺寸僅為1微米厚，可以抵抗身體內部的「機械應力」，並具有與目前用於起搏器的鋰薄膜電池相當的能量密度。雖然超級電容器尚未被廣泛應用到醫療植入器件中，但研究人員聲稱該技術具有這種用途的潛力。

UCLA博士後研究員Maher El-Kady表示：「將能量收集器與超級電容器相結合，可為終身植入式設備提供無窮無盡的能量，可能永遠不需要更換。我們的研究重點是定製設計我們的超級電容器以有效地捕獲能量，並找到一種使其與人體相容的方式。」

該團隊在《先進能源材料》(Advanced Energy Materials)雜誌上發表了這項研究成果。

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