が率いる研究者は、 天津理工大学 最近移植可能なものを開発しました バッテリー これは、身体自身の酸素で動作する新しいアプローチであり、ペースメーカーや神経刺激装置などの医療機器の電力供給に革命をもたらす可能性があります。
ラットを対象に実施されたこの研究は、安定した電力供給と生物学的適合性に対するバッテリーの可能性を実証しています。
継続的なエネルギー源としての身体
「埋め込み型電子機器は、病気の診断、治療、創傷治癒、健康状態の監視を変革しました」と研究者らは書いている。 「これらのデバイスの信頼性の高い動作は、良好な生体適合性と十分な容量を備えた埋め込み型電池の性能にかかっています。」
「Li-I2 電池や Ag-Zn 電池などの従来の電池は密閉されており、埋め込み型デバイスに電力を供給するために使用されています。 ただし、その容量はバッテリーに組み込まれた活性な Li/I2 または Ag/Zn の質量によって制限され、耐用年数が制限されます。」
「生物には、溶存酸素、ブドウ糖、酵素、汗など、バッテリーの継続的なエネルギー源として使用できる基本的な成分が豊富に含まれています。」
体内の酸素と相互作用する埋め込み型バッテリー
「考えてみれば、酸素は私たちの生命の源です。 体内への酸素の継続的供給を活用できれば、従来の電池内の有限な材料によって電池寿命が制限されることはなくなるでしょう」と、天津大学のエネルギー材料とデバイスの専門家である責任著者のXizheng Liu氏は述べています。
ナトリウムベースの合金とナノ多孔質の金で作られたバッテリーの電極は、体内の酸素と化学的に相互作用して電気を生成します。 安全性と柔軟性を確保するために、バッテリーは多孔質ポリマーフィルムに包まれています。
埋め込み型バッテリーのテスト
ラットの皮下に埋め込まれたバッテリーは 1.3 V ～ 1.4 V の電圧を維持し、2 週間にわたって 2.6 μW/cm^2 の出力密度を達成しました。 現時点では医療機器として使用できるほど強力ではありませんが、これはエネルギー生成に内部酸素を使用する可能性を示しています。
研究チームはラットに重大な炎症を認めなかった。 ナトリウム、水酸化物イオン、および最小限の過酸化水素などのバッテリーの副産物は体内で効果的に処理され、腎臓や肝臓に害を及ぼすことはありませんでした。
驚くべきことに、移植部位では 4 週間後に完全な毛の再生とバッテリー周囲の血管の再生が見られました。
埋め込み型バッテリーと創傷治癒
「移植直後の電気出力の不安定さに私たちは戸惑いました。 バッテリーが安定した電力を供給できるようになる前に、バッテリーの周囲の血管が再生して酸素を供給するために、傷が治るまでの時間を与える必要があることが判明しました。 これは、バッテリーが創傷治癒の監視に役立つことを意味するため、驚くべき興味深い発見です」と Liu 氏は説明しました。
現在、科学者たちは、より効率的な材料を調査し、その構造を最適化することで、バッテリーのエネルギー出力を向上させることを目指しています。 Liu 氏によれば、このバッテリーには拡張性と費用対効果においても大きな可能性があるとのことです。
埋め込み型デバイスの分野における新たな革命
「現在のバッテリーのO2濃度は正確に制御できるため、酸素の凝集や病原性細菌によって引き起こされる病気に対する治療能力の可能性がある」と研究著者らは書いている。
「Na-O2電池の正極にある触媒は、細胞の老化や老人性認知症の原因となるスーパーオキシドラジカルを減らすこともでき、これらの分野での応用の可能性を強調しています。」
「いくつかの基礎的な研究と本質的な課題がまだ取り組まれていませんが、Na-O2バッテリーは依然として非常に有望であり、埋め込み型デバイスの分野で新たな革命を引き起こし、さまざまな疾患の新しい治療法の開発につながる可能性があります。」
潜在的な医療用途
埋め込み型バッテリーは、酸素を枯渇させたり、エネルギーを熱に変換して殺すことで腫瘍細胞を標的にしたりするなど、新たな治療戦略を提供できる可能性がある。 がん細胞。
「腫瘍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腫瘍細胞の周囲に移植することで、がんを飢餓状態に陥らせることができる可能性があります。 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だ。 新しいエネルギー源から潜在的な生物療法まで、この電池の将来性は刺激的です」とLiu氏は結論づけた。
研究は雑誌に掲載されます 化学。
画像クレジット: Chem/Lv et al.
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2024-04-02 23:24:40