Under the skin:Chinese scientists create wireless charger that can stay safely in hunman body

一种新型可生物降解的无线供电系统未来可帮助运行药物输送植入体

 （图片来源：Shutterstock）

中国科学家创造了一种可生物降解的无线能量接收和存储装置，可为生物电子植入物（如完全可生物降解的药物输送系统）提供动力。监测传感器和药物输送植入物等植入式生物电子系统是精确监测和治疗病人的微创可靠方法。

然而，根据兰州大学的研究人员在《科学进展》（Science Advances）杂志上发表的一篇论文指出，用于运行这些设备的电源模块的开发已经滞后于生物相容性和生物可降解传感器以及电路单元的创建。

论文称，虽然有可生物降解的供电装置，但它们通常只能使用一次，发电量不足以满足生物医学应用的需要。与透皮充电器（transdermal chargers）相连的电源装置可能会引起炎症，而由不可充电电池供电的电源装置可能需要通过手术进行更换，这可能会导致并发症。

为了填补这一空白，研究人员提出了一种“同时具有高能量存储性能和良好的组织界面特性”的无线植入式供电系统，因为其柔软灵活的设计使其能够使用组织和器官的形状。

中国科学家团队创造的可生物降解且无线的电源和存储设备 

（照片来源：兰州大学）

无线供电装置由一个镁线圈组成，当外部发射线圈放置在植入物上方的皮肤上时，线圈就会为装置充电。镁线圈接收到的电能会先经过一个电路，然后进入由锌离子混合超级电容器组成的储能模块。与以化学能形式存储电能的电池相比，超级电容器以电能形式存储电能。

论文称，虽然超级电容器单位储存的能量较少，但其功率密度很高，因此可以持续放出大量能量。原型供电系统包含在一个类似生物可降解芯片的柔性植入物中，将能量采集和能量储存集成在一个设备中。

论文称，电能可以通过电路直接输送到一个附加的生物电子设备中，也可以输送到超级电容器中储存，“以确保充电完成后持续的、可靠的电力输出”

锌和镁都是人体所必需的元素，研究人员指出，该装置中的锌和镁含量都低于日常摄入水平，使得可溶解植入物具有生物兼容性。

整个装置被封装在聚合物和蜡中，可以根据其所在组织的结构进行弯曲和扭曲。在老鼠身上进行的测试表明，该装置可有效工作长达10天，并在两个月内完全溶解。

论文称，通过改变封装层的厚度和化学性质，可以改变设备的工作时间。

论文说，药物输送系统可以整合到人体的不同组织和器官中，以及“在局部按需药物输送以及治疗中发挥重要作用”。

为了展示这种电源的功能，研究人员将堆叠的超级电容器与一个接收线圈和一个可生物降解的药物输送装置连接起来，并将其植入老鼠体内。植入的原型并非封装成一个装置，而是将单独封装的部件连接在一起。

将含有消炎药的药物输送装置植入酵母菌引起发烧的大鼠体内。在12小时的监测过程中，未植入药物组的体温明显高于植入药物组。

研究人员表示，由于设备只有在电量耗尽时才会停止，因此仍然存在开关问题，但他们表示，控制充电触发可以控制开关持续时间。

研究人员说，在植入未充电植入物的老鼠身上，也有一些药物被动释放，因为与对照组相比，该组记录到的温度也有所降低。

不过，论文称，该原型“代表着在推进广泛的瞬时植入式生物电子设备方面迈出的重要一步，它具有提供有效的、可靠的能源解决方案的潜力”。

（来源：原文由Victoria Bela发表于South China Morning Post（南华早报），榆镁观察编译）