體內感應器 拿胃酸做動力

by:徽徽
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人體內高腐蝕性的胃酸除了是分解食物的好幫手,還能成為「胃酸電池」,推動人體感應器運作。

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人體內的胃酸具有高腐蝕性,可以將落入胃中的食物分解後讓小腸吸收。

Photo: Simply Centered

體內感應器  掌握健康資訊

隨著人們越來越重視健康,科學家們也發明出可以放進人體內偵測生命特徵的感應器,隨時隨地讓使用者掌握身體資訊。然而,這小小的感應器卻有個大問題,那就是一旦感應器的電池溶液外洩,將對身體造成傷害。

用胃酸來代替電池溶液

為此,一群來自美國麻省理工學院(MIT)和布萊根婦女醫院(Brigham and Women’s Hospital)的科學家決定想辦法解決這個問題,而他們想到的妙方就是人體內的胃酸。

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圖為美國麻省理工學院和布萊根婦女醫院研究人員發明的迷你感應器,他們把迷你感應器放進豬的胃裡試驗,讓豬的胃酸成為驅動感應器的力量。

Photo: Kraktech

2公尺外都收得到

研究人員付諸行動,他們利用胃酸當電解質,發明了能自主發電不用靠電池的感應器。他們把感應器放入豬胃中測試,結果發現成效卓著,他們甚至能在距離實驗豬隻 2公尺外收到感應器發出的生命體徵資訊。

低成本又安全

隨後,這群科學家將他們的研究成果發表在《自然生物醫學工程》(Nature Biomedical Engineering)期刊上,表示他們找到了一種低成本且安全的方法去驅動放入體內的迷你感應器。

能自主供電的小膠囊

MIT生物醫學工程學家納多(Phillip Nadeau)說:「你能有個可以自己供電的小膠囊,監控你的生命體徵...然後把這些資訊傳到你的手機上。」

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你還記得中小學時做的檸檬通電實驗嗎?把銅片和鋅片插進檸檬中,用檸檬酸來當電解質通電的實驗是許多人的童年回憶。

Photo: Discover Science & Engineering

迷你感應器  體溫、心跳全都錄

過去,和納多一起參與研究的胃腸病學家查菲索(Giovanni Traverso)和化學工程師蘭格(Robert Langer)曾經研發過很多可以放入體內的迷你感應器,這些感應器可以收集諸如體溫、心跳、呼吸率等生理資訊,或是在特定時段對患者投藥,治療如瘧疾等病。

過去用電池  外漏很危險

然而,感應器的電力來源是一大挑戰,過去他們用小型電池來驅動感應器,但電池中含有有毒物質,放入人體一旦電液外漏後果不堪設想。

從檸檬通電實驗獲得靈感

現在,他們從中小學的檸檬通電實驗獲得靈感,利用胃酸當電解質,在感應器的一端放上銅片,另一端放上鋅片,這麼一來就能順利通電了。

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人們可以利用體內的感應器回傳身體資訊到手機上,隨時掌握自己的體能狀況。

路透社

胃酸當電解質  可以維持7天

研究人員利用這個方法把感應器放進豬胃中,實驗證明真的能驅動感應器提供豬隻的身體資訊,他們讓感應器每 12秒回傳一次資訊,這麼做可以維持 7天。

靜靜待在體內  完全不用理它

「你可以有個能自主發電的感應器,從體內監測你的生命徵象,而且你完全都不用去理它,感應器自己就靜靜待在那監測和回傳生理資訊到你的手機上。」MIT生物醫學工程學家納多說。

一旦感應器移動到小腸......

然而,一旦感應器移動到小腸,小腸沒有了胃酸,感應器能發的電相當於在胃裡的 1%,「但感應器還是有電,只不過要比較長的時間才能獲取資訊,回傳的頻率也會比較低。」胃腸病學家查菲索說。

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這份研究為新一代的電子感應器打開了一扇窗,未來在臨床監測病患生命徵象上能有所助益。

Photo: EdTech Stanford University Sch

帶領新一代感應器

參與研究的化學工程師蘭格說:「這份研究可以帶領新一代的電子感應器,未來有一天可以開創出監測病患健康和/或治療疾病的新方法。」

就算多幾小時也很重要

沒有參與研究的澳洲墨爾本皇家理工大學生物醫學工程學家克蘭塔扎德(Kourosh Kalantar-Zadeh)說:「找到能延續感應器電力的來源,就算電力只能再持續幾小時,都能提供患者許多生理資訊。」

臨床應用潛力大

「這份報告提供了體內電子感應器一系列令人興奮和重要的進步──從生物可吸收能源供應到節能電子、先進的感應器,和無線傳輸系統,」沒有參與研究的西北大學材料科學與工程學教授羅傑斯(John Rogers)接著說:「這類系統在解決重要的臨床需求上有很大的潛力。」


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參考資料:
01 Scientists found a way to use stomach acid as a power source
02 Stomach acid helps power tiny, ingestible sensors
03 Engineers harness stomach acid to power tiny sensors

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