一種可生物降解、可植入的電池可能有助於開發生物醫學裝置，這些裝置可以監測組織或提供治療，然後在用後被人體重新吸收。
“這是一個非常重大的進步，”馬薩諸塞州劍橋市非營利性研究和開發中心德雷珀實驗室的生物醫學工程師傑弗裡·博倫斯坦說。“直到最近，這一領域才取得了很多進展。”
2012年，伊利諾伊大學厄巴納-香檳分校的材料科學家約翰·羅傑斯展示了一系列可生物降解的矽晶片，這些晶片可以監測溫度或機械應變，將結果無線電傳輸到外部裝置，甚至加熱組織以預防感染（參見“今日出現，明日消失的可生物降解電子產品”）。其中一些晶片依靠感應線圈從外部電源獲取無線電力。
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博倫斯坦說，無線電力傳輸對於需要深入組織或骨骼下方的裝置來說是有問題的。他說，接收電力的元件也非常複雜：“任何你放進去的東西都會佔用空間”。為了提供更簡潔的解決方案，羅傑斯和他的合作者現在創造了一種完全可生物降解的電池。
可溶解的裝置
他們的裝置，在上週的《先進材料》雜誌上進行了描述，使用鎂箔陽極和鐵、鉬或鎢陰極。所有這些金屬都會在體內緩慢溶解，並且它們的離子在低濃度下具有生物相容性。兩個電極之間的電解質是磷酸鹽緩衝鹽溶液，整個系統都封裝在一種稱為聚酐的可生物降解聚合物中。
電流和電壓因陰極中使用的金屬而異。例如，一個一平方釐米的電池，帶有50微米厚的鎂陽極和8微米厚的鉬陰極，可產生穩定的2.4毫安電流。羅傑斯說，一旦溶解，電池釋放的鎂少於9毫克——大約是已在臨床試驗中成功測試的鎂冠狀動脈支架的兩倍，並且這種濃度不太可能在體內引起問題。“幾乎所有關鍵的構建模組現在都已可用”，以生產自供電、可生物降解的植入物，他說。
所有版本都可以維持超過一天的穩定輸出，但時間不會長太多。該團隊希望透過在鎂箔表面進行圖案化以增加其表面積來提高電池的單位重量功率——稱為功率密度，這應該會增強其反應性。作者估計，尺寸為 0.25 平方釐米2 且僅一微米厚的電池可以實際為一個無線植入式感測器供電一天。
在現場
博倫斯坦說，這些裝置還可以找到環境應用。例如，為了幫助石油洩漏期間的修復工作，環境官員可以將數十萬個微小的無線化學感測器投放到油汙中。這些感測器隨後將簡單地溶解在海洋中。在這些應用中，空間限制較小：例如，幾個電池的堆疊可以產生高達 1.6 伏特的電壓——足以為一個發光二極體供電或產生無線電訊號。
鎂電池不是唯一的解決方案。去年，賓夕法尼亞州匹茲堡市卡內基梅隆大學的生物材料科學家克里斯托弗·貝廷格推出了一種可食用的鈉離子電池，其電極由黑色素顏料製成。但羅傑斯的研究團隊報告稱，他們的鎂電池具有相對更高的電流和功率密度，並且持續時間更長。
博倫斯坦希望，對這兩種電池的進一步研究最終可以產生由無線電訊號控制的可植入藥物輸送裝置，或者可以響應特定的急性問題（例如癲癇發作）來分配藥物的裝置。