在未来的植入式医疗设备中，电池可以像我们一样“呼吸”。一组研究人员设计了一种创新的可植入且生物相容的Na-O2电池。这种开创性的设备使用溶解在体液中的氧气作为阴极的活性成分，有望成为为各种医疗应用提供动力的长期能源。 到达那里并不容易。
一股能量气息
不需要每隔几年更换一次的起搏器怎么样？或者一个 神经刺激器 连续工作而无需担心充电？这些直到昨天还只是科幻小说的场景，由于由领导的研究团队开发的植入式Na-O2电池而变得更加接近。 杨律 e 刘熙正 来自中国天津工业大学。
其背后的想法是什么？它既简单又巧妙：利用组织中已有的氧气作为电池的“燃料”。实际上，这种电池“呼吸”溶解在体液中的氧气，有点像我们的肺部吸入空气并将其转移到血液中的作用。
活电池的解剖
但如何制造与人体共生的电池呢？这当然不是在公园散步。需要特殊的材料、巧妙的结构和良好的生物相容性。
Na-O2 电池的核心是阴极，由促进氧还原反应的纳米多孔金 (NPG) 催化剂组成。实际上，这种海绵材料可以从液体中捕获氧气并将其转化为电能。
另一面是阳极，由钠、镓和锡 (NaGaSn) 合金组成，充当电子储存库。这种创新材料克服了纯金属钠的安全性和稳定性问题，纯金属钠在生物环境中容易迅速降解。
为了保持两个电极分开，有一个离子交换膜（Nafion） 起到保护屏障的作用。所有部件都封装在由聚 L-乳酸-己内酯 (PLCL) 制成的柔软且生物相容的外壳中，这种材料对人体耐受性良好，可用于制造灵活的可植入电池。
总之：电化学宝石。该装置的每个组件均设计为与活体组织协调工作，不会引发不良反应或炎症。
植入式电池，为生命提供能量
简而言之：这套鼓不是一种风格练习。其应用潜力巨大且具体。在动物模型测试中，植入大鼠体内的装置表现出稳定且持久的电化学性能， 在 2,6 V 电压下，功率密度为 2 μW/cm1,3，持续时间超过 4 周。
这意味着植入式Na-O2电池可以持续为各种医疗设备供电，从起搏器到神经刺激器，从葡萄糖传感器到药物输送系统。如今的设备需要频繁更换或外部充电，这给患者带来了不便和风险。
不仅如此：电池放电反应涉及体液中氧气的消耗，这本身就可以产生治疗作用。 是的，因为在某些病理情况下，例如实体瘤或厌氧菌感染，组织缺氧是一个加重因素。通过从这些区域抽出一些氧气，电池可以创造一个不利于患病细胞生长的环境。
这有点像每个医生的梦想：一种不仅可以监测和刺激，而且可以协同治疗的植入式设备。一种代谢“起搏器”，也可以重新平衡组织的生物化学。
生物相容性的挑战
当然，前面的路还很长，而且充满障碍。推广该技术的主要挑战是确保其完全的生物相容性和长期安全性。你不可能在人体中植入迟早会引起问题的东西。
在大鼠实验中，植入式Na-O2电池表现出优异的耐受性，不会引起明显的炎症或免疫反应。排出产物（主要是 Na+ 和 OH- 离子）被肾脏和肝脏有效处理，而不改变体内平衡。此外，阴极周围形成了新的毛细血管，保证了氧气的持续供应，证明了该装置与宿主组织的完美整合。
但老鼠不是人，在人体中测试植入式电池需要极高的安全标准和严格的实验方案。您需要确保每个组件都是稳定的并且不会长期释放有毒物质。有必要验证性能随着时间的推移保持恒定并且不存在危险的电化学漂移。必须仔细管理装置和组织之间的界面，以避免纤维化或排斥反应。
所有问题仍然需要材料科学家、电化学家、生物医学工程师和临床医生之间进行大量的跨学科工作。但前提是令人兴奋。
“会呼吸”的植入式电池：迈向共生的未来
他会怎么想 路易吉·加尔瓦尼（Luigi Galvani）电生理学的先驱，面对生命系统中化学和电的结合？他通过观察水流摇动的青蛙腿，第一个了解了生物现象与电现象之间的密切关系。或许，看到一个会“呼吸”的植入式电池，从惊讶中回过神来，他会得意地笑起来。
或者，作为一名解剖学家，他可能会对人体如何容纳人造设备并为其提供动力感到惊讶。就像母亲喂养婴儿一样，我们的组织为这种电化学生物提供氧气和稳定性，实现有机和无机的完美共生。
这是否有点像赛博格和超人类主义者的后人类梦想，借助技术来克服生物学的极限？或者它只是一种更古老、更深刻的愿景，其根源在于生命与物质的共同进化？
毕竟，我们的细胞是呼吸氧气并“泵送”能量的微型电池。这种植入式电池将自然界已知的原理发挥到了极致。
当然，仍有很多事情要做和讨论。需要解决的道德、监管、社会和生存问题。但有一件事是肯定的：通过这一创新，能源和生命之间的界限变得更薄。植入式医疗设备的未来呈现出令人振奋的新气息。
