Nat Biomed Eng：重大突破！科學(xué)家開(kāi)發(fā)出下一代胃酸驅動(dòng)的可服用設備
發(fā)布人：admin
瀏覽次數：947
發(fā)布時(shí)間：2017-02-14
根據一項新的研究，研究人員開(kāi)發(fā)出一種利用銅電極和鋅電極從胃酸中收集能量的可服用設備（ingestible device），即一種可服用的電子膠囊。鑒于豬的胃腸道類(lèi)似于人，他們在豬模式系統中測試了這種電子膠囊。他們發(fā)現它能夠在豬體內長(cháng)達一周地從胃酸中收集能量。相關(guān)研究結果于2017年2月6日在線(xiàn)發(fā)表在Nature Biomedical Engineering期刊上，論文標題為“Prolonged energy harvesting for ingestible devices”。
論文共同通信作者、美國布萊根婦女醫院研究員Giovanni Traverso說(shuō)，這項研究證實(shí)“在數天內從走動(dòng)的可食用的大型動(dòng)物體內收集能量是可行的”。
這種設備收集的能量足以將來(lái)自?xún)戎玫臏囟葌鞲衅鞯臏y量結果傳送給離這些動(dòng)物幾米遠的接收器。論文第一作者、美國麻省理工學(xué)院研究員Phillip Nadeau解釋道，“我們能夠獲得較為一致的能量，所獲得的能量足以在幾分鐘內驅動(dòng)溫度傳感器進(jìn)行溫度測量，并且無(wú)線(xiàn)地傳送測量結果?！?/span>
這種電子膠囊能夠在平均六天內利用胃酸產(chǎn)生能量。這一時(shí)間比之前開(kāi)發(fā)的能夠在幾分鐘或幾小時(shí)內收集能量的設備長(cháng)很多。一些早前開(kāi)發(fā)的可服用電子設備使用鎂陽(yáng)極，但是在這項新的研究中，Traverso及其團隊發(fā)現鋅陽(yáng)極不那么快地溶解，這使得鋅更適合長(cháng)期使用。
這些研究人員證實(shí)這種可服用設備不僅能夠在高度酸性的胃部中收集能量，而且也能夠在小腸中收集少量能量。小腸的pH值更接近于中性。他們利用這種可服用設備測量了在胃部和小腸中獲得的能量，這應當有助人們改進(jìn)未來(lái)的可服用電子設備。
美國亞利桑那州立大學(xué)研究員Hanqing Jiang（未參與這項研究）告訴《科學(xué)家》雜志，“這是一項非常吸引人的研究。鋅能夠與酸溶液和堿溶液發(fā)生反應，因此在這兩種環(huán)境下，鋅能夠產(chǎn)生電力?！?/span>
Jiang補充道，在這種電子膠囊中，鋅陽(yáng)極和銅陰極自由地接觸胃酸，設計這種電子膠囊也是有優(yōu)勢的，這是因為沒(méi)有發(fā)生泄漏的危險。他解釋道，“通常而言，如果有一節電池在你體內，那么你不得不利用某些惰性的材料包裝這節電池，這些材料將它的兩個(gè)電極和內部的電解液加以密封?！痹谶@種情形下，“可能潛在地發(fā)生電解液泄露到人體液中，這是非常有害或有毒的?！?/span>
這些研究人員利用市場(chǎng)上可買(mǎi)到的零件構建出這種可服用設備。這種設備是一種相對較大的電子膠囊，大約有一節AAA電池那么大。
Nadeau說(shuō)，“我認為沒(méi)有人想吞服”長(cháng)3.5厘米、直徑1.2厘米的膠囊，“它是一個(gè)大的藥丸，因此第一步明顯是小型化”。
美國卡內基梅隆大學(xué)研究員Christopher Bettinger（未參與這項研究）說(shuō)，“設計這類(lèi)設備的一個(gè)常見(jiàn)的問(wèn)題是小型化和實(shí)用性之間存在沖突?！?/span>
在當前的這項研究中，這些研究人員證實(shí)這種可服用設備能夠利用在一種體外系統中收集的能量觸發(fā)藥物運送。Bettinger說(shuō)，基于能夠裝載的藥物數量，利用小型設備運送藥物也面臨著(zhù)挑戰。他注意到，“微型電子設備能夠變得越來(lái)越小，但是對于能夠制造多小的電池，存在著(zhù)熱動(dòng)力學(xué)極限?！?/span>
Nadeau說(shuō)，制造更小的膠囊在短期是可實(shí)現的，而且當前在胃腸道不同部分中獲得的電勢能測量值將會(huì )為這一設計提供信息。
Traverso告訴《科學(xué)家》雜志，一個(gè)相關(guān)的研究方向是“嘗試著(zhù)進(jìn)一步改進(jìn)和優(yōu)化未來(lái)的電子系統以便真正地最大化收集能量?！彼f(shuō)，這些研究人員也將進(jìn)一步探究這些膠囊的安全性。
未來(lái)的研究的另一個(gè)目標是設計不同類(lèi)型的傳感器，比如用于pH和血壓檢測。具有更加復雜的檢測能力的膠囊可能具有重要的健康意義。
美國塔夫斯大學(xué)研究員Sameer Sonkusale（未參與這項研究）說(shuō)，“胃潰瘍會(huì )發(fā)生癌變，因此，如果你將能夠監控腸壁發(fā)生情形的傳感器放入其中，那么你可能能夠阻止胃潰瘍變成腫瘤，并且采取預防性措施?！保ū疚霓D載于生物谷）
