膠囊大小的可攝入生物電池可以讓人們對消化系統(tǒng)有新的認識

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

賓厄姆頓大學的生物電池研究人員認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圍 22 英尺。

Thomas J. Watson 工程與應用科學學院電氣與計算機工程系教員Seokheun “Sean” Choi教授領導了一個包括博士生 Maryam Rezaie 和 Zahra Rafiee 在內(nèi)的團隊進行最近發(fā)表在期刊上的研究先進能源材料。

Choi 說：“小腸中有一些區(qū)域是無法到達的，這就是為什么開發(fā)了可攝取的相機來解決這個問題。” “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。問題是權力。到目前為止，電子設備使用的原電池能量預算有限，無法長期運行。”

Watson 團隊的解決方案基于 Choi 在過去十年中關于利用細菌產(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，從體外進行的無線電力傳輸效率低下，溫差不足以利用熱能，腸道運動對于機械能來說太慢。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菌，這些細菌在到達小腸之前保持惰性。

“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。“當你觀察我們的胃腸道時，食道與小腸一樣具有中性 pH 值，但轉(zhuǎn)運時間僅為 10 秒。它不會在該區(qū)域激活，并且永遠不會在胃中起作用，因為胃的 pH 值非常低。它只在小腸中起作用。”

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

“我們將這些孢子用作休眠、可儲存的生物催化劑，”他說。“當有營養(yǎng)物質(zhì)時，孢子就會發(fā)芽，它們可以恢復植物生命并產(chǎn)生能量。”

雖然這項研究剛剛發(fā)表，但 Choi 和他的學生已經(jīng)著眼于改進膠囊大小的生物電池。一旦燃料電池到達小腸，最多需要一個小時才能完全發(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——足以進行無線傳輸，但多 10 倍將提供更多的使用選擇。電池還需要進行動物和人體測試以及生物相容性研究。

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