利用人體供能的可植入式醫學設備

加州大學洛杉磯分校和康涅狄格大學的研究者設計了一種綠色生物能量存儲系統，名為生物超級電容，能利用人體內的帶電粒子運行。這種裝置對人體生理系統無害，據此可做成更持久的心臟起搏器和其他植入式醫療設備。

兩個團隊的領導人分別是Richard Kaner教授和James Rusling教授，該論文已發表在先進能源材料雜誌上。

能輔助管理不正常心臟的心跳節律的起搏器和其他植入式設備拯救了無數生命。但這些設備是由傳統電池供電的，這些電池中的電量最終都會耗盡，然後就必須通過另外的痛苦手術和冒著感染風險更換電池。此外，電池中包含有毒材料，一旦泄露可能會危害病人健康。

因此，研究者提出了不用電池實現設備的儲能。他們發明了一種超級電容，能利用諸如血清和尿液等生物液體中的電解質充電，並與另外一種名為能量採集器的設備一同工作。這種能量採集器能將人體的熱能和運動轉換為電力，類似於自動機械錶通過佩戴者的身體運動供能。然後超級電容存儲這些電力。

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加州大學洛杉磯分校博士後研究員、論文共同作者Maher El-Kady說道：「能量採集器和超級電容兩者結合，能為植入式設備提供終身能量，可能永遠都無需更換了。」

現在的起搏器通常約為6到8毫米厚，直徑大致相當於50美分的硬幣，而其中大部分空間都被電池所佔據了。這種新型超級電容僅為1微米，比人類的頭髮還細得多，意味著可以改善可植入式設備的能量效率。並且能長時間維持自身性能，在人體內彎折扭曲都不會受到機械損傷，與目前用於起搏器中的薄膜鋰電池相比，在同等尺寸下能存儲更多電能。

康涅狄格大學研究生、論文第一作者Islam Mosa說道：「不同於使用化學反應的電池中會包含有毒材料和電極，這種新型生物超級電容可以利用血清中現成的離子或者帶電分子存儲能量。」

這種新型生物超級電容利用石墨烯和層疊的修改人類蛋白質作為電極，還包含一個導體，能量採集器的電能就能通過該導體進入或者流出。該新平台也可最終用於開發下一代可植入式設備，加速骨生長，促進癒合速度或者刺激大腦等。

El-Kady說道：「為了提高效率，無電池起搏器必須安裝能夠捕捉、存儲和傳輸能量的超級電容，不過商用超級電容太慢了，無法滿足要求。我們的研究著重於自定義設計自己的超級電容，提高能量捕捉效率，尋找一種與人體兼容的方式。」

論文原文：DOI: 10.1002/aenm.201700358

本文譯自 phys，由譯者 CliffBao 基於創作共用協議(BY-NC)發布。

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