膠囊大小的可攝入生物電池可以讓人們對(duì)消化系統(tǒng)有新的認(rèn)識(shí)

科技公司已經(jīng)開(kāi)發(fā)出許多可以在體外工作的設(shè)備，例如手機(jī)、智能手表、平板電腦和數(shù)百種其他設(shè)備。在身體里面，但是?由于多種原因，這顯然比較棘手，但設(shè)備的功率是一個(gè)很大的問(wèn)題。

賓厄姆頓大學(xué)的生物電池研究人員認(rèn)為他們有一種解決難以觸及的小腸的方法，小腸平均纏繞在人體腸道周?chē)?22 英尺。

Thomas J. Watson 工程與應(yīng)用科學(xué)學(xué)院電氣與計(jì)算機(jī)工程系教員Seokheun “Sean” Choi教授領(lǐng)導(dǎo)了一個(gè)包括博士生 Maryam Rezaie 和 Zahra Rafiee 在內(nèi)的團(tuán)隊(duì)進(jìn)行最近發(fā)表在期刊上的研究先進(jìn)能源材料。

Choi 說(shuō)：“小腸中有一些區(qū)域是無(wú)法到達(dá)的，這就是為什么開(kāi)發(fā)了可攝取的相機(jī)來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題。” “他們可以做很多事情，比如成像和物理傳感，甚至是藥物輸送。問(wèn)題是權(quán)力。到目前為止，電子設(shè)備使用的原電池能量預(yù)算有限，無(wú)法長(zhǎng)期運(yùn)行。”

Watson 團(tuán)隊(duì)的解決方案基于 Choi 在過(guò)去十年中關(guān)于利用細(xì)菌產(chǎn)生低水平電力的發(fā)現(xiàn)，這些電力可以為傳感器和 Wi-Fi 連接供電，作為物聯(lián)網(wǎng)的一部分。

小腸內(nèi)的其他選擇不太可行：傳統(tǒng)電池可能有害，從體外進(jìn)行的無(wú)線電力傳輸效率低下，溫差不足以利用熱能，腸道運(yùn)動(dòng)對(duì)于機(jī)械能來(lái)說(shuō)太慢。相反，Choi 的生物電池利用微生物燃料電池和形成孢子的枯草芽孢桿菌細(xì)菌，這些細(xì)菌在到達(dá)小腸之前保持惰性。

“你如何讓你的微型燃料電池選擇性地在小腸中工作?我們使用需要特定條件才能激活的 pH 敏感膜，”Choi 說(shuō)。“當(dāng)你觀察我們的胃腸道時(shí)，食道與小腸一樣具有中性 pH 值，但轉(zhuǎn)運(yùn)時(shí)間僅為 10 秒。它不會(huì)在該區(qū)域激活，并且永遠(yuǎn)不會(huì)在胃中起作用，因?yàn)槲傅?pH 值非常低。它只在小腸中起作用。”

Choi 知道有些人可能會(huì)拒絕攝入細(xì)菌，但我們的身體充滿了有助于消化和其他功能的無(wú)毒微生物。

“我們將這些孢子用作休眠、可儲(chǔ)存的生物催化劑，”他說(shuō)。“當(dāng)有營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)時(shí)，孢子就會(huì)發(fā)芽，它們可以恢復(fù)植物生命并產(chǎn)生能量。”

雖然這項(xiàng)研究剛剛發(fā)表，但 Choi 和他的學(xué)生已經(jīng)著眼于改進(jìn)膠囊大小的生物電池。一旦燃料電池到達(dá)小腸，最多需要一個(gè)小時(shí)才能完全發(fā)芽——越快越好。該電池每平方厘米產(chǎn)生大約 100 微瓦的功率密度——足以進(jìn)行無(wú)線傳輸，但多 10 倍將提供更多的使用選擇。電池還需要進(jìn)行動(dòng)物和人體測(cè)試以及生物相容性研究。

Choi 可以預(yù)見(jiàn)低水平微生物燃料電池可以為多種用途提供動(dòng)力，包括生物和化學(xué)傳感器、藥物輸送系統(tǒng)和電刺激裝置。