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新型傳感器:由生物燃料供電,能檢測(cè)與預(yù)防疾病

2018-09-30 09:47:45 214

[轉(zhuǎn)載自IntelligentThings]


近日,美國華盛頓州立大學(xué)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(yùn)行,并監(jiān)測(cè)人體的生物信號(hào),從而檢測(cè)、預(yù)防和診斷疾病。

生物燃料電池,是以有機(jī)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(diǎn),被認(rèn)為是一種新型的綠色能源。

圖片關(guān)鍵詞

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(xué))

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細(xì)菌提供能量的紙電池(圖片來源:賓漢姆頓大學(xué))

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紙基生物燃料電池(圖片來源:賓漢姆頓大學(xué))

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從汗液中提取能量的生物燃料電池(圖片來源:加州大學(xué)圣地亞哥分校)

創(chuàng)新

今天,讓我們來看一項(xiàng)基于生物燃料電池的新技術(shù)。近日,美國華盛頓州立大學(xué)(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(yùn)行,并監(jiān)測(cè)人體的生物信號(hào),從而檢測(cè)、預(yù)防和診斷疾病。

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(圖片來源:華盛頓州立大學(xué))

華盛頓州立大學(xué)電氣工程與計(jì)算機(jī)科學(xué)系助理教授 Subhanshu Gupta 領(lǐng)導(dǎo)的跨學(xué)科研究團(tuán)隊(duì)開發(fā)了這個(gè)獨(dú)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(yùn)行。

研究團(tuán)隊(duì)演示了將生物燃料電池與電子器件集成到一起的獨(dú)特方案,用于高靈敏度地處理生理與生物化學(xué)信號(hào)。

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(xué)化學(xué)工程與生物工程學(xué)院的教授 Su Ha 與 Alla Kostyukova 領(lǐng)導(dǎo)了這個(gè)生物燃料電池的設(shè)計(jì)。

技術(shù)

如今,許多流行的用于疾病檢測(cè)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(xué)開發(fā)的傳感器,無需指尖采血,就可以測(cè)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。”

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

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(圖片來源:華盛頓州立大學(xué))

價(jià)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?yàn)橐揽可眢w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(yùn)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(jì),低成本地制造。

Gupta 表示:“這項(xiàng)研究將制造生物燃料電池的技術(shù)與我們復(fù)雜的電子器件結(jié)合到了一起。這是一個(gè)非常好的結(jié)合,將適用于未來許多的應(yīng)用?!?/p>

未來

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


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