關(guān)于生物體液進(jìn)行充電的相關(guān)分析

據(jù)外媒報(bào)道，盡管近年來醫(yī)學(xué)植入技術(shù)已飛速發(fā)展,但大多數(shù)醫(yī)學(xué)植入物仍需使用傳統(tǒng)電池，這些電池含有對(duì)人體有害的有毒化學(xué)物質(zhì)，也需要定期進(jìn)行更換，導(dǎo)致痛苦和危險(xiǎn)的外科手術(shù)。而現(xiàn)在一種被稱為“生物超級(jí)電容器”（biological supercapacitor）的新型儲(chǔ)能系統(tǒng)可以使無需電池的可植入設(shè)備無需進(jìn)行更換。

此前一個(gè)德國(guó)研究團(tuán)隊(duì)開發(fā)出一種從患者血糖中獲取能量的生物燃料電池; 而一個(gè)韓國(guó)團(tuán)隊(duì)也曾研發(fā)由患者身體自身肌肉驅(qū)動(dòng)的心臟起搏器。另外美國(guó)斯坦福大學(xué)的研究人員開發(fā)出了一種對(duì)植入設(shè)備進(jìn)行無線充電的新方法。

而現(xiàn)在加州大學(xué)洛杉磯分校(UCLA)和康涅狄格大學(xué)的一組研究人員設(shè)計(jì)了一個(gè)生物友好的超級(jí)電容器系統(tǒng)，使用生物體液電解質(zhì)（如血清和尿液）進(jìn)行充電。其能與能量收集器一起工作，能夠?qū)崃亢瓦\(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換成存儲(chǔ)在超級(jí)電容器中的電力。

這項(xiàng)研究的作者Islam Mosa解釋說：“與通過化學(xué)反應(yīng)并利用有毒化學(xué)物質(zhì)和電解質(zhì)儲(chǔ)存能量的電池不同，這種新一代生物超級(jí)電容器通過利用血清中容易獲得的離子或帶電分子來儲(chǔ)存能量?！?/p>

新的“生物超級(jí)電容器”包含由石墨烯（被改性人類蛋白質(zhì)覆蓋）制成的電極組成，而生物體液則充當(dāng)電解質(zhì)。與未改性石墨烯氧化物在低劑量時(shí)會(huì)引起毒性細(xì)胞損傷不同的是， 由該團(tuán)隊(duì)開發(fā)的蛋白質(zhì)改性石墨烯氧化物納米復(fù)合材料在高濃度下對(duì)小鼠胚胎成纖維細(xì)胞和細(xì)胞培養(yǎng)物沒有毒性。

該團(tuán)隊(duì)表示，這種柔性生物電容器裝置的尺寸僅為1微米厚，可以抵抗身體內(nèi)部的“機(jī)械應(yīng)力”，并具有與目前用于起搏器的鋰薄膜電池相當(dāng)?shù)哪芰棵芏?。雖然超級(jí)電容器尚未被廣泛應(yīng)用到醫(yī)療植入器件中，但研究人員聲稱該技術(shù)具有這種用途的潛力。

UCLA博士后研究員Maher El-Kady表示：“將能量收集器與超級(jí)電容器相結(jié)合，可為終身植入式設(shè)備提供無窮無盡的能量，可能永遠(yuǎn)不需要更換。我們的研究重點(diǎn)是定制設(shè)計(jì)我們的超級(jí)電容器以有效地捕獲能量，并找到一種使其與人體相容的方式。”

該團(tuán)隊(duì)在《先進(jìn)能源材料》(Advanced Energy Materials)雜志上發(fā)表了這項(xiàng)研究成果。