无电池植入医疗器械直接从人体吸取能量

加州大学洛杉矶分校和康涅狄格大学的研究人员设计了一种称为生物超级电容器的新的生物友好能量储存系统，其使用来自人体内流体的带电粒子或离子进行操作。该装置对身体的生物系统无害，并且可能导致持久的心脏起搏器和其他可植入医疗装置。

加州大学洛杉矶分校的团队由化学与生物化学教授，材料科学与工程专家理查德·卡内（Richard Kaner）领导，康涅狄格州的研究人员由化学与细胞生物学教授詹姆斯·鲁斯林（James Rusling）率领。一个关于他们的设计图纸是这个星期在杂志上先进能源材料出版。

起搏器 - 帮助调节异常心律 - 和其他可植入装置，节省了无数生命。但是它们由传统的电池驱动，最终耗尽电力，必须更换，这意味着另一种痛苦的手术和伴随的感染风险。此外，电池含有有毒物质，如果患者泄漏，可能会危及患者。  

研究人员建议将能量存储在没有电池的设备中。超级电容器使用来自生物流体如血清和尿液的电解质发明电荷，并且可以与另一种称为能量收集器的设备一起使用，该设备将热和运动从人体转化为电 - 与自动上链钟表由穿着者的身体动作驱动。然后电力被超级电容器捕获。

加州大学洛杉矶分校博士后研究员兼研究合作者Maher El-Kady说：“将能量收集机与超级电容器相结合，可为终身植入式设备提供无穷无尽的动力，可能永远不需要更换。

现代起搏器通常厚度约为6至8毫米，直径约为50厘米硬币; 大约一半的空间通常被电池占用。新的超级电容器只有1微米厚 - 比人类头发的厚度小得多 - 这意味着它可以提高可植入器件的能量效率。它还可以长时间保持其性能，在身体内弯曲和扭曲，没有任何机械损伤，并且比目前用于起搏器的相当大小的能量锂电池存储更多的电量。

康涅狄格州康涅狄格大学研究生的伊斯兰教马萨伊斯说：“与使用毒性化学药品和电解质储存能量的化学反应的电池不同，这种新一代生物超级电容器通过利用血清中容易获得的离子或带电分子来储存能量。研究的作者。

新的生物超级电容器包括被称为石墨烯的碳纳米材料，其被修饰的人类蛋白质作为电极层叠，通过该导体，来自能量收集器的电能通过该导体进入或离开。Kaner说：新平台最终还可用于开发下一代植入式装置，以加速骨骼生长，促进愈合或刺激大脑。

虽然超级电容器尚未广泛应用于医疗器械，但研究表明，它们可能为此目的而可行。

“为了有效，无电池起搏器必须拥有可以捕获，储存和运输能量的超级电容器，而商业超级电容器太慢，无法使其工作，”El-Kady说。“我们的研究重点是定制设计我们的超级电容器以有效地捕获能量，并找到一种使其与人体相容的方式。”

本文的其他作者是康涅狄格大学的Challa Kumar大学，Ashis Basu大学和Karteek Kadimisetty学院。

该研究得到了国立卫生研究院国家生物医学影像与生物工程研究所，NIH国家环境健康科学研究所和国家科学基金会EAGER补助金的支持。 

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