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Nat Mat:生物降解电池可在体内降解

2014.3.26

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        生物降解电池可通过药物传输到体内,在使用结束后,还可在体内降解,这在医学移植和手术医疗方面的确是一个重要发现。

  生物降解电池不仅能够促进植入设备在体内正常的运转,同时也可将设备送达体内至目标治疗区域,它的一个好处就是在使用完后,可在体内降解,并被人体吸收。

  美国麻省一个非盈利独立研究中心Draper 实验室的医学工程专家Jeffrey Borenstein称,“这的确是一个重大的进步,因为此前这方面一直为取得突破。”

  此前伊利诺斯大学的材料科学家John Rogers发现了一种生物可降解的硅芯片,其植入体内后可检测体温、机械拉力等,并将相关的数据反馈到体外的设备中,它们甚至可以为相关体内组织加热,从而避免感染,但是它们使用的是无线动力。Borenstein称这可能就是该设备的问题所在,首先它们要深入到人体组织甚至是骨组织里面去,这不仅对它们要求极高的工艺,而且还需要占据一定的空间。由此Rogers和他的同事重新进行设计,制造出一种可降解的生物电池。 日前,他们将这项研究发表在 Advanced Materials杂志上。

  他们使用镁箔作为正极、铁、钼或钨作为负极,所有的这些材料可在体内慢慢降解被吸收,因为这些低浓度的金属离子也是体内不可或缺的材料。两个电极之间的电解质是磷酸盐缓冲生理盐水,整个系统连接在可生物降解的聚合物内,又称为称为聚酐(polyanhydride)。

  电流和电压取决于使用的金属阴极。1平方厘米的细胞上施加50微米厚的镁阳极,以及8微米厚的钼阴极,从而能产生一个稳定的2.4毫安电流。一旦电池溶解,可产生低于9毫克的镁,这一数值是镁冠状动脉支架手术的两倍左右,但不会导致身体任何危害。当然镁电池并不是唯一的解决方案,在项研究之前,来自匹兹堡的卡内基梅隆大学生物材料专家Christopher Bettinger就使用天然黑色素来做电极。Borenstein希望未来该微型电池可植入药物中,并通过无线设备控制他们的行为,从而来治疗相关疾病,如癫痫等。

  事实上,这一设备也可应用于环境中,Borenstein说,如帮助石油泄漏的环境修复,他们可在泄露区域散下大量的微小无线化学传感器,从而能使其对石油进行降解。

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