对于
心脏病人而言,心脏起搏器无疑是“续命神器”。但市面上的心脏起搏器大多存在体积大、需替换等问题,严重影响到了心脏病人的生活质量。尽管日前已有企业推出了“迷你版”的心脏起搏器,但仍需要定期替换电池,这对于心脏病人来说,始终还是不方便。
再生医学网获悉,近日,来自麻省理工学院和慕尼黑工业大学的研究人员开发出了一款葡萄糖燃料电池,可以将血糖的化学能量转化为电能,为植入式设备永久供能。相关研究成果发表在Advanced Materials上。
研究表明,研究人员设计出的这款新型葡萄糖燃料电池厚度仅400nm,是迄今为止最小的植入式电源,尽管体积小,但其每平方厘米可产生约43微瓦的电力,实现了至今为止葡萄糖燃料电池的最高功率密度。因此,研究人员认为,这款迄今为止最小的潜在植入式电池,是下一代高度微型化植入式医疗设备的可行选择。
经了解,这款基于陶瓷的葡萄糖燃料电池由质子传导电解质、二氧化铈和多孔铂电极膜组成,分别用于葡萄糖和氧气的转化。植入式
心脏起搏器的电池需要在其所需的高温灭菌过程中保持稳定,而该款葡萄糖燃料电池的核心正是由陶瓷组成,因此即使在高温环境中也可保持其电化学特性。
研究人员在硅芯片上制造了150个单独的葡萄糖燃料电池,每个厚度约400nm,宽度约300μm,测量葡萄糖溶液流过电池顶部时,这些电池的电输出量。经测量,燃料电池产生的峰值电压约为80mV,即相当于每平方厘米输出电量达43微瓦。这是迄今为止葡萄糖燃料电池中功率密度最高,并足以为心脏起搏器这样的植入式医疗产品供电的设备。
为了使用陶瓷葡萄糖燃料电池为植入式心脏起搏器供电,传感器或神经刺激器等设备的供电需要具备长期稳定性。值得强调的是,葡萄糖燃料电池可暴露在葡萄糖溶液中长达140小时,表明其具有长期稳定性。
对此,研究人员表示:“这是第一次将电陶瓷材料中的质子传导用于葡萄糖能量的转换,定义了一种新型电化学。它将材料从氢燃料电池扩展到新的、令人兴奋的葡萄糖转换模式。”这款新型葡萄糖燃料电池使用的陶瓷无毒、便宜,而且对人体内条件和植入前灭菌条件都呈惰性,因此为植入式传感器和其他功用的微型电池开辟了一条新途径。
随着社会生活压力越来越大,心脏病发病率陡增,且呈现出年轻化趋势。更糟糕的是,目前临床上对于许多心脏病仍采用植入心脏起搏器的方式来进行治疗。对此,
再生医学网表示,而该项研究成果的问世,将在一定程度上规避心脏起搏器的不便之处,从而提高患者的生存及生活质量,可谓是意义非凡。