医疗植入式设备未来技术：人体自身氧气提供燃料的植入式电池

当您孩子的 Tickle Me Elmo 里有电池时，更换电池就已经够具有挑战性的了。在电池供电的植入式设备领域，这是一个更大的挑战，因为安全问题必然成为焦点。这是该行业长期以来一直面临的一个问题。

可植入且生物相容的 Na-O2 电池插图。图片来源：CHEM/LV 等； CC BY-SA 许可证

但我们有理由希望一种可以由人体自身充电的植入式电池即将到来。就在上个月，科尔多瓦大学的研究人员推出了一种新型锌空气电池，利用血红蛋白作为电化学反应的催化剂。

现在，在三月份《化学》杂志上发表的一项开创性研究中，我国研究人员推出了一种新颖的解决方案：一种由人体自身氧气提供燃料的植入式电池。

生物相容性是第一位的

主要作者、天津工业大学能源材料专家刘喜正强调了该设计的潜力：“氧气是生命的本质。通过利用人体的持续氧气供应，我们超越了传统电池的局限性。”

研究人员使用钠基合金和纳米多孔金作为电极，采用的材料的孔隙比头发丝的宽度小数千倍。金以其生物相容性而闻名，它与钠（人体的基本元素）一起构成了电极的基础。这些电极与体内的氧气发生化学反应，促进发电。为了保护电池，一种具有柔软性和柔韧性的多孔聚合物薄膜包裹着该设备。

植入老鼠

研究人员将电池植入老鼠背部的皮下，并测量其电气性能。两周后，他们的观察结果表明，该电池能够持续提供 1.3 V 至 1.4 V 之间的电压，实现 2.6 µW/cm2 的最大功率密度。虽然目前的输出不足以为医疗设备提供动力，但该研究强调了利用体氧产生能量的可行性。

此外，该团队还对电池附近的炎症反应、代谢变化和组织再生进行了评估。令人鼓舞的是，这些老鼠没有表现出明显的炎症迹象。电池化学反应产生的副产物，如钠离子、氢氧根离子和极少量的过氧化氢，可以被人体有效代谢，不会对肾脏或肝脏产生不利影响。

植入后，老鼠表现出强劲的愈合能力，四个星期内背部的毛发完全再生就证明了这一点。有趣的是，研究人员观察到电池周围血管的再生，这一现象超出了他们的预期。

“我们对植入后电力输出不稳定感到困惑，”刘说。 “事实证明，我们必须让伤口有时间愈合，让电池周围的血管再生并供应氧气，然后电池才能提供稳定的电力。这是一个令人惊讶且有趣的发现，因为这意味着电池可以帮助监测伤口愈合情况。”

其他应用

除了医疗设备电源之外，该电池的潜在应用还扩展到癌症治疗，利用其耗氧量来饿死肿瘤或将能量转化为热量来破坏细胞。

当研究团队探索增强型电极材料和电池优化时，他们表示，他们设想未来这项技术不仅会彻底改变医疗设备，还会彻底改变能源和生物疗法。

这项开创性的工作可能标志着下一代植入式医疗设备向可持续、自给自足的电源解决方案迈出了重要一步。