中国の天津理工大学の研究者らは、体内の酸素で動作し、決して切れることのない新しいタイプの電池を開発した。プレスリリースには、このバッテリーは多目的に体内に埋め込むことができると記載されています。論文はChem誌に掲載されました
医療技術の進歩に伴い、器官の機能を調節するために体内にデバイスを埋め込むことは非常に一般的になりました。ペースメーカーは心拍数の低下を防ぐのに役立ち、神経刺激装置は慢性的な痛みを和らげるのに役立ちます。これらすべてのデバイスは外部エネルギー源を必要とし、従来は小型だが強力なバッテリーによって供給されていました。
これらのバッテリーは何年にもわたって患者に使用できますが、最終的にはバッテリーが切れて、システム全体を交換するか、おそらく誘導によって再充電する必要があります。この場合、患者は別の侵襲的手術を受けるか、いずれにしても専門センターに行く必要があります。
中国の研究者たちはさらに一歩進んで、生命そのものと、酸素を使って生命を維持する方法からインスピレーションを得ました。
酸素電池
電池の設計は、ナノ多孔質のナトリウム - 金合金で作られた電極で構成されています。この形態では、金には何千もの微細な穴があります。
研究チームが金を使用したのは、金が優れた伝導体であり、生体システムと適合性があることが知られているためです。一方、ナトリウムは人体の必須元素であり、自然に存在するため毒性はありません。
電極は体内の酸素と反応して電圧を生成します。デバイスをテストするために、研究チームは実験室のマウスの皮膚の下にバッテリーを埋め込みました。移植前に、分子が通過して電池構成を保護できるように、電池は多孔質ポリマーフィルムに包まれていました。
「考えてみれば、酸素は私たちの生命の源です」と天津理工大学のエネルギー材料・デバイス教授、Xizheng Liu氏は言う。
「体内の継続的な酸素供給を利用できれば、従来のバッテリーの限られた材料によってバッテリー寿命が制限されることはなくなります。」
埋め込みから 2 週間後、バッテリー電力を測定したところ、1.3 ～ 1.4 V で安定していることがわかりました。最大電力密度は 2.6 μW/cm2 でした。医療機器に電力を供給するにはまだ十分ではありません。ただし、これは研究者がさらに開発できる優れた概念実証です。
生体組織はどのように反応したのでしょうか?
研究者らは、出力に加えて、埋め込まれたバッテリーに対して身体がどのように反応するかを知りたいと考えていました。研究チームは、移植部位の周囲に炎症反応は見られず、マウスの代謝機能は正常なままであることを発見した。
バッテリーの化学反応の副産物には、過酸化水素分子、ナトリウムイオンおよび水酸化物イオンが含まれていました。これらは生産量が少なく、ラットの腎臓と肝臓によって容易に代謝されたとプレスリリースには記載されている。 4週間後、移植部位の毛もまた生えてきました。
研究者らが移植直後にバッテリー電力を測定したところ、バッテリー電力は非常に不安定でした。しかし、インプラント部位が治癒すると、バッテリー周囲の血管が再生してバッテリーに酸素を供給できるようになり、バッテリーの生産がより安定します。
研究チームは将来の研究に向けて、電池の設計を最適化し、大量生産をより手頃な価格にするのに役立つ他の電極材料を探索したいと考えている。
酸素電池には、無視できないプラスの二次効果もある可能性があります。 「がん細胞は酸素レベルに敏感であるため、この酸素を消費するバッテリーを移植することで、腫瘍を飢餓状態にするのに役立つ可能性があります」とLiu氏はプレスリリースで付け加えた。 「バッテリーのエネルギーを熱に変換してがん細胞を殺すことも可能です。」
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中国の科学者が生体内に挿入でき、使い果たされない実用的な酸素電池を開発したという記事は、経済シナリオから来ています。
これは、Wed, 27 Mar 2024 20:08:19 +0000 の https://scenarieconomici.it/scienziati-cinesi-sviluppano-una-batteria-funzionante-a-ossigeno-che-puo-essere-inserita-in-un-corpo-vivente-e-non-si-esaurisce/ で Scenari Economici に公開された記事の自動翻訳です。