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近日，美國華盛頓州立大學的研究人員開發(fā)出一種由生物燃料供電的可植入傳感器。它能依靠糖來運行，并監(jiān)測人體的生物信號，從而檢測、預防和診斷疾病。

生物燃料電池，是以有機物為燃料，直接或間接利用酶作為催化劑的一類特殊的燃料電池。與傳統(tǒng)電池相比，生物燃料電池具有高效、潔凈、環(huán)境友好等優(yōu)點，被認為是一種新型的綠色能源。

折紙飛鏢式樣的微生物燃料電池（圖片來源： Jonathan Cohen/賓漢姆頓大學）

細菌提供能量的紙電池（圖片來源：賓漢姆頓大學）

紙基生物燃料電池（圖片來源：賓漢姆頓大學）

從汗液中提取能量的生物燃料電池（圖片來源：加州大學圣地亞哥分校）

創(chuàng)新

今天，讓我們來看一項基于生物燃料電池的新技術(shù)。近日，美國華盛頓州立大學（Washington State University）的研究人員開發(fā)出一種由生物燃料供電的可植入傳感器。它能依靠糖來運行，并監(jiān)測人體的生物信號，從而檢測、預防和診斷疾病。

（圖片來源：華盛頓州立大學）

華盛頓州立大學電氣工程與計算機科學系助理教授 Subhanshu Gupta 領(lǐng)導的跨學科研究團隊開發(fā)了這個獨特的傳感器，它由生物燃料電池供電，從體液中采集葡萄糖來運行。

研究團隊演示了將生物燃料電池與電子器件集成到一起的獨特方案，用于高靈敏度地處理生理與生物化學信號。

他們的研究成果發(fā)表在《 IEEE Transactions of Circuits and Systems journal》期刊上。

華盛頓州立大學化學工程與生物工程學院的教授 Su Ha 與 Alla Kostyukova 領(lǐng)導了這個生物燃料電池的設(shè)計。

技術(shù)

如今，許多流行的用于疾病檢測的傳感器，要么是需要充電的手表；要么是穿戴在皮膚上的貼片，可是它卻位于表皮之上，無法嵌入到皮膚深處。華盛頓州立大學開發(fā)的傳感器，無需指尖采血，就可以測試特定的疾病，例如糖尿病。

Gupta 表示：“通過皮膚與嘴巴附近的血糖或者乳酸，人體的體液中攜帶了許多燃料。生物燃料電池為采用人體作為潛在的燃料打開了大門?！?/p>

傳感器中的電子器件采用了最先進的設(shè)計與制造工藝，功耗只有幾微瓦，且靈敏度很高。

（圖片來源：華盛頓州立大學）

價值

Gupta 稱，這些電子器件與生物燃料電池結(jié)合到一起后，比傳統(tǒng)電池供電的設(shè)備更加高效。因為依靠身體的葡萄糖，傳感器的電子器件可以被無限期地供電。例如，傳感器可以依靠恰好位于皮膚下方的糖份來運行。

他說，不同于普遍使用的鋰離子電池，生物燃料電池也是完全無毒的，因此更有希望植入人體。它也比傳統(tǒng)的生物燃料電池更加穩(wěn)定且靈敏。

研究人員稱，他們的傳感器可以通過量產(chǎn)工藝，利用規(guī)模經(jīng)濟，低成本地制造。

Gupta 表示：“這項研究將制造生物燃料電池的技術(shù)與我們復雜的電子器件結(jié)合到了一起。這是一個非常好的結(jié)合，將適用于未來許多的應用。”

未來

傳感器已經(jīng)經(jīng)過實驗室測試，而研究人員希望在毛細血管中測試并演示這些傳感器，而這需要獲得監(jiān)管批準。研究人員正在進一步改善并增加他們生物燃料電池的功率輸出。