不用电池用胃酸,迷你机器显神通

摘要

我们在科幻作品​中常常看到各种迷你机器人或者其他的电子设备,你只要把它吞到肚子里,就能帮助诊断治疗各种疾病。现如今随着电子技术的发展,人们已经可以做到将很多种设备做得很小,以至于吞下它们基本没什么难度。然而,麻烦的是,机器还需要电池来供电,而做出体积小巧,效力持久而又无毒无害的电池则不是一个简单的问题。

题图_
       科学家发明出利用胃酸给内服电子设备供电的方法,未来可用于驱动传感器、远程给药等等功能

我们在科幻作品​中常常看到各种迷你机器人或者其他的电子设备,你只要把它吞到肚子里,就能帮助诊断治疗各种疾病。现如今随着电子技术的发展,人们已经可以做到将很多种设备做得很小,以至于吞下它们基本没什么难度。然而,麻烦的是,机器还需要电池来供电,而做出体积小巧,效力持久而又无毒无害的电池则不是一个简单的问题。

近日美国麻省理工学院(Massachusetts Institute of Technology,MIT)的研究人员则从另一个方向绕过了这一障碍,他们发明了一种可以利用胃液给机器供电的机制,并成功利用市售元件制作了一枚迷你无线体温计以及一枚延时给药设备。这些设备只要在胃液中就能够持续获得电能,免去了需要额外提供电池的麻烦。这一研究被发表在最新一期(2月10日)的《自然:生物医学工程》上。

这一发明的原理其实来自于大家耳熟能详的伏打电池:将金属锌与金属铜制成的电极插入电解质溶液中,就可以利用二者氧化还原反应的电动势来给外界提供电能。研究团队就在密封的胶囊上安装了锌铜电极,当胶囊被摄入体内之后,便能够以胃液作为电解质溶液,给胶囊中的设备持续供电。

他们先是制作了一个长40毫米直径10毫米的无线体温计(题图),由于伏打电池的电压不高,他们在胶囊中整合了升压电路。胶囊被摄入猪的体内后,便在电极与猪胃液的驱动下不断地测量猪的体温,并将读数转换成无线电信号发射到放置在离猪两米左右地方的接收器那里。

然后他们还制作了一枚延时给药装置​,这一长方体形状的装置长度只有5毫米不到,利用的是金箔在加电之后才会被腐蚀的性质。摄入猪体内之后,金箔在伏打电池的作用下发生电化学腐蚀,从而释放出之前密封在其中的药物。

值得一提的是​他们这次制作过程中使用的都是市售的元件,如果使用专门设计的元件,可能能够达到更好的效果(驱动的机械功能更复杂等等)。至于安全性,虽然作为伏打电池负极的锌片最终会溶入胃液中,但即使整片全部溶解,总摄入量仍然小于安全阈值,所以应该不会造成太大的健康问题。​如果这一技术得以推广应用,应该会给医疗诊断以及治疗行业带来无限的可能性。​

论文链接:http://www.nature.com/articles/s41551-016-0022
新闻链接:​https://arstechnica.com/science/2017/02/gut-juice-could-power-the-next-generation-of-health-gadgets/

题图来自 MIT 新闻,Diemut Strebe 摄,本文及照片遵照“知识共享-署名-非商业性使用-禁止演绎-3.0”(CC-BY-NC-ND 3.0)协议发布。

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