起搏器充电的终结？ 革命性电池保证持续运行 – SMARTmania.cz

• 未来的电池？ 金属氧通过生物体中的氧气为自身充电
• 这些电池因其高容量和低成本而脱颖而出
• 这些电池还为癌症治疗提供了潜在的好处，可以“饿死”癌细胞

植入设备开启了医学的新篇章，为患者的治疗、诊断和监测带来了革命性的方法。 有了它们，医生能够以前所未有的精确度和微创性对人体进行干预，为更有效、更温和的护理开辟了道路。 电池是为这些设备供电的关键，应具有长寿命和高能量密度的优点。 Li-I2和Ag-Zn等传统电池已经使用了很长时间，但它们的容量有限，这限制了植入设备的可用性。 所谓的金属氧气电池带来了新的希望，它使用直接存在于体内的氧气作为能源。

能够自我“供电”的电池

突破性的金属氧气电池打开了通往无需为起搏器和胰岛素泵充电的世界的大门。 这项利用周围环境中的氧气作为能源的创新技术正在成为一个正在慢慢变成现实的科幻梦想。 我们的身体充满了可以用作电池燃料的生物分子。 这包括氧气、葡萄糖、酶，甚至汗水。

葡萄糖分子

金属氧气电池的基本工作原理在于阴极和阳极之间的化学反应。 阳极含有催化人体组织释放的生物分子（例如葡萄糖或乳酸）氧化的酶。 在此氧化反应期间释放电子。 相反，阴极用于减少周围环境中的氧气以形成水。 该还原反应消耗阳极释放的电子并产生电流。 我们也不能忘记电解质。 电解质充当带电粒子在阳极和阴极之间传输的离子介质。 基于生物相容性聚合物或凝胶的电解质通常用于金属氧气电池。

电池中的阴极和阳极（说明图）

这些电池的容量是植入设备中使用的传统电池的 5-10 倍，性能显着提高。 此外，金属氧气电池使用的材料与人体完全相容，降低了不良反应的风险，提高了使用的可靠性和安全性。 钠在人体内以 Na⁺ 离子的形式存在，是一种重要元素，研究人员正在研究其特性，将其作为可充电电池（尤其是 Na-O2 电池）阳极材料的前景广阔。 它们具有高理论能量密度、低成本和广泛的潜在应用。

钠（插图）

Li-O2和Na-O2电池的预测能量密度令人震惊，分别达到3458和1605 Wh/kg等值，远远超出了目前的锂离子电池。 幸运的是，生命所必需的氧气存在于所有活体组织中，这为电池提供了持续能源供应的巨大潜力。 它们的设计必须允许体液中的活性成分进入电池内部。 另一个重要的考虑因素是电池组件不会引起身体问题或过敏反应。

对机体温和且无代谢变化

研究人员重点研究氧电池的生物相容性，特别是电池周围的炎症反应、代谢变化和组织再生。 炎症是身体对异物的自然反应。 对于植入装置，重要的是要将炎症保持在最低限度，以防止组织损伤和植入排斥。 研究人员检查了大鼠氧电池周围的炎症反应，发现这些反应很轻微，并且与其他生物材料的反应相当。 这表明氧电池不会引起过度的炎症反应，因此是一种安全且兼容的技术。

此外，科学家们还重点研究了这些电池存在时可能发生的代谢变化。 氧电池中发生的化学反应会产生影响周围组织新陈代谢的副产品。 研究人员分析了氧电池周围大鼠组织的代谢情况，发现并没有发生明显的变化。 这表明电池副产品不会对组织代谢产生负面影响，因此具有生物相容性。 事实证明，电池只产生钠离子、氢氧根离子和少量的过氧化氢。 研究人员发现，所有这些物质都很容易被大鼠机体代谢，并且对肝脏或肾脏没有影响。 这表明这些电池可能非常适合植入式设备和其他生物医学应用。

一个科学家小组即将对氧电池进行广泛的研究。 目标是更好地了解这项技术及其在治疗包括癌症在内的各种疾病方面的潜力。 有一种理论认为，氧电池可以用来切断肿瘤生长所需的氧气。 这可能会带来抗击癌症的新治疗策略。 然而，尽管取得了这些有希望的结果，但要实现氧电池在医学上的实际应用，还需要进一步的研究和临床试验。

文章作者

约瑟夫·诺瓦克

我是一名研究离子应用技术的博士生，因为我一直对科学技术着迷。 我一直对人类的创造力和能力所创造的事物感到惊讶。 我喜欢利用空闲时间旅行，无论是在山里还是在城市里。