心脏起搏器、植入式耳蜗、血糖监测仪……医学的进步使得人类健康越来越依赖于各种电子设备。科学家还在尝试多种可植入电子设备的研制和开发,比如大脑刺激器,有的能够阻断饥饿信号,具有减肥功能;有的可治疗帕金森氏症或者慢性疼痛。另外还有一些传感器,可用于检测癌症或心脏病发作时肌体发出的警告信号。不过,所有这些植入式设备都有一个缺陷:虽然它们的输出功率都很小,大约不过10微瓦或者几毫瓦,但是一旦电量耗尽,周期性地更换电池不仅麻烦而且也相当不现实。比如,心脏病人不得不每隔几年就得重新接受一次手术更换起搏器电池,每次费用多达2万美元。
为此,研究人员试图找到一种一劳永逸的方法,那就是利用人体内部能量来为这些医疗设备供电。这当然不是什么神秘的超自然力,而是将身体内部储存的化学能、身体释放出来的热能或者肌肉脉动产生的动能转化为电能。研究人员希望,未来的医疗设备可以良性“寄生”在人体内,在需要的时候从人体内部能量中“偷取”一点点来维持正常运转。
人体内有“1000节AA电池”
葡萄糖广泛存在于各种食物中,是新陈代谢不可缺少的营养物质,也是人体活动所需能量的重要来源。人体每天摄入的食物所产生的能量相当于1000节AA电池,因此对于植入式医疗设备而言,人体内的葡萄糖无疑是最充足的能量来源。
2005年,日本东北大学教授西泽松彦领导的研究小组新开发出了一种利用血液中的糖分发电的燃料电池。电池的电极上涂有分解血液中葡萄糖的酶,葡萄糖分解后,电子在电池两极之间移动,从而产生电流。利用人民币1分硬币大小的电极,研究人员得到了相当于0.2毫瓦的电量。这样的生物电池可为植入糖尿病患者体内的测定血糖值的装置或者心脏起搏器提供充足电量。
到目前为止,大部分在实验室中研制出来的植入式生物燃料电池都是使用酶作为催化剂,加快反应过程,同时也产生更多电能。这种电池的缺点在于,酶往往在几个小时后就会自动分解,从而严重影响电池的使用寿命。为此,研究人员也尝试采用从温泉细菌中提取的更为持久的酶来进行催化。美国密苏里州圣路易斯大学的电化学专家甚至将酶装进薄膜“口袋”中,但是在“外衣”的保护下,酶的生命也仅延长到了两天,因此酶燃料电池走向实用还有待进一步改进和完善。
玩的就是心跳
2006年12月,英国工贸部宣布启动一项开发体内微型发电机的计划,投资额高达百万英镑。该项目的设计工作大部分由南安普敦大学附属的一家公司负责。该公司已经研制出了一套原型,大小约是预期装置的5倍,并已在实验室中开始测试。公司首席执行官罗伊?弗里兰表示,他们分别从心跳以及肢体运动两个方面来研发这种利用人体动能发电的装置,但出于商业考虑,他不肯透露有关发电机工作原理的具体细节。











