牛津大學(xué)的研究人員在實(shí)現微型軟電池方面邁出了重要一步，這種電池可用于各種生物醫學(xué)應用，包括心臟組織的除顫和起搏。這項研究已發(fā)表在《自然化學(xué)工程》雜志上。
微型智能設備(小于幾立方毫米)的發(fā)展需要同樣小的電源。對于與生物組織相互作用的微創(chuàng )生物醫學(xué)設備，這些電源必須由軟材料制成。理想情況下，這些電池還應具有高容量、生物相容性和生物降解性、可觸發(fā)激活以及遠程控制等特性。迄今為止，還沒(méi)有一種電池可以同時(shí)滿(mǎn)足這些要求。為了滿(mǎn)足這些要求，牛津大學(xué)化學(xué)系和藥理學(xué)系的研究人員開(kāi)發(fā)了一種由生物相容性水凝膠液滴構成的微型軟鋰離子電池。
該團隊去年在《自然》雜志報道的技術(shù)是表面活性劑支撐組裝(利用類(lèi)皂分子輔助組裝)，將三個(gè)體積為10納升的微尺度液滴連接起來(lái)，兩端分別包含不同的鋰離子粒子，從而產(chǎn)生輸出能量。“我們的水滴電池是光激活的、可充電的，使用后可生物降解。到目前為止，它是最小的水凝膠鋰離子電池，具有優(yōu)越的能量密度，”這項研究的首席研究員、洛桑聯(lián)邦理工學(xué)院的助理教授張宇嘉博士(牛津大學(xué)化學(xué)系)說(shuō)。“我們使用液滴電池為合成細胞之間帶電分子的運動(dòng)提供動(dòng)力，并控制小鼠心臟的跳動(dòng)和除顫。通過(guò)加入磁性粒子來(lái)控制運動(dòng)，電池還可以充當移動(dòng)能量載體。”
概念驗證心臟治療是在心律失常資深電生理學(xué)家雷明教授(藥理學(xué)系)的實(shí)驗室進(jìn)行的。他說(shuō)：“心律失常是全球范圍內導致死亡的主要原因。我們在動(dòng)物模型中的概念驗證應用展示了一種令人興奮的新途徑，即使用無(wú)線(xiàn)和可生物降解的設備來(lái)治療心律失常。”該研究小組負責人哈根·貝利教授(化學(xué)系)表示：“這種微型軟鋰離子電池是張博士開(kāi)發(fā)的一系列微型電源組中最為復雜的，它為可在生理條件下運行的生物相容性電子設備帶來(lái)了美好的未來(lái)。”
研究人員已通過(guò)牛津大學(xué)創(chuàng )新中心提交了專(zhuān)利申請。他們設想，這種微型多功能電池(尤其適用于生物應用的小型機器人)將在包括臨床醫學(xué)在內的各個(gè)領(lǐng)域開(kāi)辟新的可能性。
