美國科學(xué)家開發(fā)出一種依靠胃酸驅(qū)動的伏打電池，該電池設(shè)計靈感源于檸檬電池。新型電源廉價，有望成為目前體內(nèi)傳感器或藥物輸送設(shè)備所用電池的替代品。
這一設(shè)計是由麻省理工學(xué)院和布萊根婦女醫(yī)院的研究人員聯(lián)合完成的，可產(chǎn)生足夠電力供微型傳感器或藥物輸送設(shè)備運行。
在新設(shè)計中，研究人員將鋅和銅制電極放置在微型商用溫度傳感器表面，鋅會釋放離子到胃液中，利用胃酸驅(qū)動電路，產(chǎn)生足夠的能源驅(qū)動傳感器和一個900兆赫的發(fā)射機。
研究人員在豬身上進(jìn)行的試驗顯示，傳感器平均要用6天才會通過豬的消化系統(tǒng)。在胃部時，電池可提供足夠的能量驅(qū)動傳感器，并每隔12秒發(fā)射一次無線信號，將數(shù)據(jù)傳送至2米外的基站；一旦設(shè)備進(jìn)入小腸，電池提供的能量會大幅減少，但仍可在相當(dāng)長的一段時間內(nèi)驅(qū)動設(shè)備并傳遞信息，只不過傳遞頻率會降低。
目前，該設(shè)備原型是一個直徑12毫米、高40毫米的圓柱體。研究人員認(rèn)為，通過定制
集成電路，將能量
采集器、發(fā)射機和微型處理器集成，可使設(shè)備體積縮小三分之二。一旦小型化成功，他們將開發(fā)其他類型的傳感器和應(yīng)用程序。
研究人員還指出，對于植入式
醫(yī)療設(shè)備來說，能源的管理、轉(zhuǎn)換、存儲和利用始終是挑戰(zhàn)。新研究提供了新思路，使他們意識到可利用人體自身資源開發(fā)出完全自我維持的系統(tǒng)。將來人們或僅靠一個自供電的“藥丸”就可進(jìn)行持續(xù)數(shù)周的生命體征監(jiān)測，相關(guān)數(shù)據(jù)會傳送到自己的手機上。
此外，新設(shè)備還可用于遞送藥物。研究人員靠此設(shè)備成功釋放了封裝在金薄膜中的藥物。
能被食用的3D打印電池 成分來自墨魚和食物醬
近年來3D打印技術(shù)在醫(yī)療模型和醫(yī)療裝置方面的應(yīng)用越來越廣泛，據(jù)美國截肢者聯(lián)盟(Amputee Coalition)2015年的數(shù)據(jù)顯示，美國約有220萬人在使用3D打印的假肢;另外隨著醫(yī)療裝置“3D生物打印機”的誕生與發(fā)展，3D打印人體活器官將成為移植器官的未來發(fā)展方向之一。
現(xiàn)如今，來自美國卡內(nèi)基·梅隆大學(xué)(Carnegie Mellon University)教授Christopher Bettinger帶領(lǐng)的研究團隊和澳大利亞的一位大學(xué)教授Panhuis更是結(jié)合3D打印技術(shù)，分別研制了一款能被人體吞食并且能被消化掉的微型電池，微型醫(yī)療設(shè)置的應(yīng)用有望因此進(jìn)一步得到拓寬。
據(jù)彭博社報道，人們早研制可吞食的醫(yī)療裝置已經(jīng)有40多年歷史，主要是為了把能夠監(jiān)測人體狀況以及各種健康參數(shù)的傳感器送入人體，然后把相對精確的數(shù)據(jù)無線傳輸給醫(yī)生，甚至能夠?qū)崿F(xiàn)藥物的遞送和治療。但早期的可吞食的醫(yī)療裝置或多或少對人體都有一定危害，主要原因包括其供電系統(tǒng)也就是電池中含有重金屬成分，萬一電離出氫氧化物，將會對人體器官產(chǎn)生極大的傷害。
Bettinger帶領(lǐng)的研究團隊研制的可食用電池被放置在3D打印的膠囊里，外表與我們平常吃的膠囊藥片差不多，故取名為“膠囊電池”。膠囊電池的成分主要來自存在于人體皮膚、毛發(fā)和眼睛中的黑色素，黑色素的主要功能是用于吸收紫外線保護(hù)人體。
黑色素早應(yīng)用于電池是在2009年，尼泊爾的一名學(xué)生米蘭·卡爾基與同學(xué)一起研制出全球“太陽能發(fā)絲電池板”，嘗試用頭發(fā)替換太陽能板上的硅材料。這使得人們意識到頭發(fā)中的黑色素能夠綁定和解除綁定金屬離子，與電池的功能一樣。所以黑色素在被吞入人體后，能夠與胃液中帶有正負(fù)電荷的分子或原子發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，從而在醫(yī)療裝置中產(chǎn)生電流。
“我們所用的黑色素實際上就是墨魚汁中同樣的色素，如果你曾經(jīng)吃過墨魚汁面的話，你消化過的黑色素遠(yuǎn)遠(yuǎn)多于膠囊電池中的含量?！盋hristopher Bettinger 2015年在美國化學(xué)學(xué)會(ACS)第252次全國會議與博覽會上說道。他稱實驗已經(jīng)證明一個膠囊電池可以為一個額定功率5毫瓦的電子設(shè)備供電長達(dá)18個小時，完全足夠用于給微型醫(yī)療傳感器裝置供電，還可以重復(fù)使用。
除此之外，Christopher Bettinger領(lǐng)導(dǎo)的團隊還在研制一種以果膠為主要原料的可食用電池，這種果膠主要被用于生產(chǎn)果醬和果凍。
而Panhuis研制的電池原料則直接來自于一種食物——vegemite。據(jù)《每日郵報》報道，vegemite是一種風(fēng)靡澳大利亞的食物醬，被當(dāng)?shù)厝A人稱為“澳洲臭豆腐”，味道偏咸。除了自身攜帶的離子成分，它還含有一定的水分，所以不僅發(fā)電率高而且易于打印塑形。目前他們的實驗證明，把3D打印的vegemite作為導(dǎo)電電路，連接在LED燈和電池之間?？梢灾苯狱c亮LED燈。
可吞食電池：很安全 可為醫(yī)療設(shè)備供電
近日美國卡內(nèi)基梅隆大學(xué)(Carnegie Mellon University)的研究人員研發(fā)出了一種可降解生物電池?？赏谭八幫琛彪姵卦缫汛嬖?，但是這種新的微型電池沒有有害成份，只有人體早已習(xí)慣的黑色素。
據(jù)外媒報道，近日美國卡內(nèi)基梅隆大學(xué)(Carnegie Mellon University)的研究人員研發(fā)出了一種可降解生物電池。這種電池能被用來制造像藥丸一樣被人體吞咽的控釋裝置，并能夠以“前所未有的”準(zhǔn)確性和安全性為控釋藥物分配器或監(jiān)控設(shè)備供電。
可吞服“藥丸”電池早已存在，但是這種微型電池通常含有毒有害成份。由卡內(nèi)基梅隆大學(xué)材料科學(xué)和生物醫(yī)學(xué)工程副教授Christopher Bettinger帶領(lǐng)的研究小組研發(fā)的電池則使用了人體早已習(xí)慣的黑色素。存在于人體皮膚、毛發(fā)和眼睛中的黑色素?zé)o毒環(huán)保。
研究人員表示，黑色素能夠吸收紫外線來與抑制人體內(nèi)的游離基活動，同時能綁縛和解綁金屬離子。在測試階段，黑色素電池能為可吞食醫(yī)療裝置持續(xù)供電20個小時。
可充電柔性微型鋅電池 可穿戴設(shè)備新搭檔
加利福尼亞的一家創(chuàng)業(yè)公司正在開發(fā)一種柔性可充電電池，可在常用工業(yè)絲網(wǎng)印刷機上進(jìn)行廉價印刷。位于加利福尼亞阿拉米達(dá)的Imprint Energy公司已在腕戴式設(shè)備上測試超薄鋅聚合電池，希望能將這種電池出售給可佩戴電子產(chǎn)品、醫(yī)療產(chǎn)品、智能標(biāo)簽和環(huán)境傳感器制造商。
該公司的策略是保證在人體應(yīng)用中電池的安全，同時，其小尺寸和柔性可以滿足笨重的鋰基電池不可能達(dá)到的設(shè)計要求。甚至在小格式中，這種電池也能為小功率無線通信傳感器提供足夠的電流，并將其與其他類型的薄電池區(qū)分開。
該公司近從鳳凰城創(chuàng)投公司和AME云創(chuàng)投公司（雅虎聯(lián)合創(chuàng)始人楊致遠(yuǎn)的風(fēng)險投資基金）獲得了600萬美元的資金，從而進(jìn)一步開發(fā)其擁有專利的化學(xué)產(chǎn)品，并進(jìn)行電池的商業(yè)發(fā)布。前期投資者包括美國中央情報局支持的風(fēng)險投資公司帕琉斯，以及陶氏化學(xué)公司。
這種電池基于該公司聯(lián)合創(chuàng)始人克莉絲汀·何（Christine Ho）在加州大學(xué)伯克利分校研究生階段的研究，她與另一名研究人員在日本使用3D打印機制作出微型鋅電池。
大多數(shù)筆記本電腦和智能手機使用的電池都包含金屬鋰，由于其高度反應(yīng)性，必須通過增加尺寸和體積的方法來進(jìn)行保護(hù)。
雖然金屬鋅的穩(wěn)定性更高，但傳統(tǒng)鋅電池中的水基
電解質(zhì)導(dǎo)致鋅形成樹枝晶、分枝狀結(jié)構(gòu)，可從一個電極發(fā)展到另一個電極，造成短路。何開發(fā)了一種固體聚合物電解質(zhì)，可避免此問題，并且還提高了穩(wěn)定性，充電容量更大。
該公司的聯(lián)合創(chuàng)始人及總裁布魯克斯·金凱（Brooks Kincaid）表示，這種電池結(jié)合了薄膜鋰電池和印刷電池的佳特性。這種薄膜電池可以充電，但包含了反應(yīng)性元件，容量有限，并且制造成本高昂。印刷電池不可充電，但制作成本低廉，通常使用金屬鋅，可提供更高容量。
使用金屬鋅可為該公司提供生產(chǎn)優(yōu)勢。由于金屬鋅的環(huán)境穩(wěn)定性，可以為公司省去制作對氧敏感的鋰電池必需的防護(hù)設(shè)備。
“當(dāng)我們談?wù)撓拗菩庐a(chǎn)品開發(fā)方面的事情時，這些天有兩件事讓我睡不著覺，一是電池，二是產(chǎn)品展示”，新器件集團副總裁和英特爾公司智能設(shè)備創(chuàng)新團隊總經(jīng)理史蒂夫.福爾摩斯說。
何表示，除了對柔性電池的需求，目前還沒有制定標(biāo)準(zhǔn)來衡量其柔性，這對想要對不同的化學(xué)產(chǎn)品進(jìn)行比較的顧客來說很沮喪。因此，該公司建立了自己的試驗臺，開始針對那些自稱柔性的商業(yè)電池作為標(biāo)尺來評估自己的電池。
她表明，現(xiàn)有電池不到1000彎曲循環(huán)就出現(xiàn)災(zāi)難性故障，而Imprint Energy的電池卻能保持穩(wěn)定。
Imprint還在參與電池在衣服上的應(yīng)用。何表示，“這就像是眼睛一樣，成為身體奇怪的一部分?！?br /> 近，該公司還開始研究由美國軍方資助的一個項目，為監(jiān)測士兵健康狀況的傳感器開發(fā)電池。其他潛在應(yīng)用包括為跟蹤食品和包裝的傳感器智能標(biāo)簽供電。
