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科学家实现豚鼠内耳供电:人体电池或成真

  据国外媒体报道,这一《黑客帝国》中出现的情景还仅仅是一个科幻概念,距离实现尚待时日。不过,在最近一项研究中,豚鼠的内耳被成功地转化为生物电池,预示着类似技术很可能在人类身上成为现实。豚鼠的内耳结构与人类的非常相似。研究者将电极植入豚鼠的内耳中,成功地为连接电极的无线电发射器提供了电能。整个过程中,豚鼠的听力未受到大的伤害。这是科学家首次能够控制哺乳动物体内的电化学能,为在人类内耳中植入医疗传感器提供了新途径。

  “这项研究将使我们得以发展完全植入人体的电子设备(如带有无线芯片的内耳传感器),而不需要再植入传统的电池,”麻省理工学院的电子工程师及计算机科学家Anantha Chandrakasan在电子邮件中说,“这个系统将可以维持自身运转。”

  植入的电子设备能够实时监测内耳的健康,还可指示其附近几毫米之内的人体组织如颈动脉、面部神经和大脑颞叶的情况。Chandrakasan的合作者,哈佛大学的听觉外科医生斯坦科维奇(Konstantina Stankovic)称,未来的感受器还可用于检测儿童的听力障碍,或者为士兵以及有听力减弱风险的工人提供帮助。

  在此之前,一些动物如蟑螂、蜗牛和蛤类等已经在实验室里成为了活体电池。不过,这次的研究首次揭示了控制哺乳动物体内电化学能的方法,也为在人类身上实现类似构想提供了可能。“内耳电池”的电力来自内耳内淋巴液和外淋巴液的电荷差。这一能量来源相对其他方法如体热、肌肉运动或颤动等更加稳定。哈佛大学和麻省理工学院的联合团队将研究成果发表在11月11日的《自然:生物技术》(Nature Biotechnology)上。

  斯坦科维奇说:“内耳特别具有吸引力,因为它是一个非常稳定的能量来源,而且自始至终贯穿人的一生。”不过,由于内耳的电压,即电荷差太小,以致于开始的时候需要用一个无线电波脉冲来刺激控制线圈的启动。研究者还需要设计匹配的电子设备,因为内耳电量很小,功率只有几纳瓦特(1纳瓦特为1瓦特的十亿分之一),所以需要先累积足够的电荷之后才能为设备供电。

  “因此,要先通过存储装置积累电能,然后为需要电量更大的设备供电,”Chandrakasan解释道,“当信号发射器和传感器关闭的时候,我们必须能控制电能也完全关闭。”

  联合研究团队还希望制造出大小更合适的电极,尽可能减少收集电能过程对内耳的损伤。下一步,研究人员计划将电极和电子设备同时植入豚鼠的耳朵中,而非仅仅植入电极。“我们希望能研制出完整的、包括小型传感器可的植入设备,”斯坦科维奇说,“最终,我们希望这项技术能应用在人的身上。”

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