新型感測器：由生物燃料供電，能檢測與預防疾病！

導讀

近日，美國華盛頓州立大學的研究人員開發出一種由生物燃料供電的可植入感測器。它能依靠糖來運行，並監測人體的生物信號，從而檢測、預防和診斷疾病。

背景

生物燃料電池，是以有機物為燃料，直接或間接利用酶作為催化劑的一類特殊的燃料電池。與傳統電池相比，生物燃料電池具有高效、潔凈、環境友好等優點，被認為是一種新型的綠色能源。

摺紙飛鏢式樣的微生物燃料電池（圖片來源： Jonathan Cohen/賓漢姆頓大學）

細菌提供能量的紙電池（圖片來源：賓漢姆頓大學）

紙基生物燃料電池（圖片來源：賓漢姆頓大學）

從汗液中提取能量的生物燃料電池（圖片來源：加州大學聖地亞哥分校）

創新

今天，讓我們來看一項基於生物燃料電池的新技術。近日，美國華盛頓州立大學（Washington State University）的研究人員開發出一種由生物燃料供電的可植入感測器。它能依靠糖來運行，並監測人體的生物信號，從而檢測、預防和診斷疾病。

（圖片來源：華盛頓州立大學）

華盛頓州立大學電氣工程與計算機科學系助理教授 Subhanshu Gupta 領導的跨學科研究團隊開發了這個獨特的感測器，它由生物燃料電池供電，從體液中採集葡萄糖來運行。

研究團隊演示了將生物燃料電池與電子器件集成到一起的獨特方案，用於高靈敏度地處理生理與生物化學信號。

他們的研究成果發表在《 IEEE Transactions of Circuits and Systems journal》期刊上。

華盛頓州立大學化學工程與生物工程學院的教授 Su Ha 與 Alla Kostyukova 領導了這個生物燃料電池的設計。

技術

如今，許多流行的用於疾病檢測的感測器，要麼是需要充電的手錶；要麼是穿戴在皮膚上的貼片，可是它卻位於表皮之上，無法嵌入到皮膚深處。華盛頓州立大學開發的感測器，無需指尖采血，就可以測試特定的疾病，例如糖尿病。

Gupta 表示：「通過皮膚與嘴巴附近的血糖或者乳酸，人體的體液中攜帶了許多燃料。生物燃料電池為採用人體作為潛在的燃料打開了大門。」

感測器中的電子器件採用了最先進的設計與製造工藝，功耗只有幾微瓦，且靈敏度很高。

（圖片來源：華盛頓州立大學）

價值

Gupta 稱，這些電子器件與生物燃料電池結合到一起後，比傳統電池供電的設備更加高效。因為依靠身體的葡萄糖，感測器的電子器件可以被無限期地供電。例如，感測器可以依靠恰好位於皮膚下方的糖份來運行。

他說，不同於普遍使用的鋰離子電池，生物燃料電池也是完全無毒的，因此更有希望植入人體。它也比傳統的生物燃料電池更加穩定且靈敏。

研究人員稱，他們的感測器可以通過量產工藝，利用規模經濟，低成本地製造。

Gupta 表示：「這項研究將製造生物燃料電池的技術與我們複雜的電子器件結合到了一起。這是一個非常好的結合，將適用於未來許多的應用。」

未來

感測器已經經過實驗室測試，而研究人員希望在毛細血管中測試並演示這些感測器，而這需要獲得監管批准。研究人員正在進一步改善並增加他們生物燃料電池的功率輸出。

關鍵字

感測器、生物燃料電池、醫療

參考資料

【1】https://news.wsu.edu/2018/09/27/researchers-develop-sugar-powered-sensor-detect-prevent-disease/

【2】https://ieeexplore.ieee.org/document/8470259

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