可摄入纸质电池：为生物可降解医疗设备供电
通常来说，如果你不小心吞下一块电池，那意味着要立即去医院了。但麻省理工学院科学家研发的一种新型可摄入纸质电池却是个例外。这种电池可以为体内医疗设备供电，并在完成使命后安全降解。
在活体猪只的测试中，这种纸质电池"产生了足够的电力，能够在胃肠道内执行有意义的功能，包括米级距离的无线通信以及持续数天的电刺激，"麻省理工学院机械工程教授乔瓦尼·特拉维尔索表示。
智能药丸与可摄入电子设备
医疗健康领域正呈现出开发智能药丸的更广泛趋势。这些可摄入的电子设备能够实时分析和治疗体内状况。然而，可摄入电子设备需要安全可靠的电力来源。
传统的碱性电池或锂离子电池，如果保护外壳在体内发生泄漏，可能会致命。此前的研究曾尝试为可摄入电子设备开发能量收集技术，但这些技术通常只能产生较低且不稳定的电力。科学家们也曾设计过生物可降解电池，但这类电池通常只能储存有限的能量。
特拉维尔索及其同事研发出一种基于纸张的电池，其电极由镁和三氧化钼制成，相关细节发表在9月21日的《自然·化学工程》期刊上。此前的研究曾探索将这两种材料用于生物可降解电池，但使用了笨重的粘合剂将这些材料的大颗粒粘合成电池，导致电极厚重，降解时间较长。
新型电池则使用纤维素纳米纤丝（本质上就是纸张）来将电极材料粘合到电池中。特拉维尔索表示，这些纤丝坚固耐用，能够将电极颗粒装载进其多孔结构中，并且可以做得很薄，具有生物可降解性。
电池电解质——帮助电荷在电池电极之间穿梭以释放电能——通常具有毒性。这种新型纸质电池使用了一种基于氯化胆碱和乳酸的生物可降解离子液体凝胶作为电解质，特拉维尔索表示，相比其他几种生物可降解电解质方案，这种方案表现出更稳定的性能。
"封装工艺同样至关重要，"特拉维尔索说。"如果胃液过快接触到电池，其容量会提前衰减。如果封装持续时间过长，设备就无法按预期降解。天然蜡涂层提供了一种延缓液体渗透、调节工作寿命的方法。"
研究人员为可摄入纸质电池开发了生物可吸收电极。在加速降解条件下经过90天后，电极材料几乎完全溶解。图片来源：Mehmet Girayhan Say、Ada Erus等人。
用于胃肠道设备的纸质电池
在活体猪只的测试中，该电池的峰值电压达到1.84伏特，并能在猪只胃中持续工作长达三天。它们能够为药丸中的RFID标签供电，该标签在被吞服后，能与1.5米外的接收器保持稳定的无线通信。理论上，类似的智能药丸可以帮助医生追踪患者是否确实按处方服药。该电池还能为一种胶囊供电，使其对胃部进行20分钟的电刺激，这是一种用于治疗消化功能障碍、恶心或食欲不振等胃肠道疾病的电子疗法技术。这种刺激没有造成明显的组织损伤。用于无线射频识别和电刺激的电路板并非生物可降解，但能够被自然排出体外。
"该电池有望为多种可摄入传感器供电，这些传感器可测量温度、pH值、压力、蠕动或生化信号；还可为传输生理信息的系统、控制药物释放的设备、临时电生理记录系统以及胃肠道电子疗法设备供电，"特拉维尔索表示。"对于那些需要在胃部停留数天的设备而言，这项技术可能尤为宝贵，因为生物可吸收电源可以减少甚至消除设备回收的需求。"
科学家们目前正在制作原型设备，将这种新型电池与生物可降解天线及RFID系统相结合。他们的目标是开展一项人体临床试验，测试该设备能否监测患者的服药依从情况，特拉维尔索表示，"我们计划在大约两年内启动该项试验。"
Q&A
Q1：可摄入纸质电池是什么？它有什么作用？
A：可摄入纸质电池是麻省理工学院科学家研发的一种新型生物可降解电池，由镁和三氧化钼制成的电极以及纤维素纳米纤丝组成。它可以在人体内为医疗设备供电，比如无线通信系统和电刺激装置，完成使命后能安全降解，无需通过手术取出。
Q2：这种电池在体内能安全使用多久？
A：在活体猪只的实验中，该电池在胃部环境下能持续工作长达三天，峰值电压可达1.84伏特。科学家通过天然蜡涂层来调节电池的封装时间，从而控制其在体内的工作寿命，确保既能完成任务又能适时降解。
Q3：这种电池未来能应用在哪些医疗场景？
A：该电池未来可能为多种可摄入传感器供电，如测量温度、pH值、压力等生理指标的设备，也可用于药物控释装置、电生理记录系统以及治疗胃肠道疾病的电子疗法设备。科学家计划在约两年内启动人体临床试验，测试其监测患者服药情况的能力。
