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為植入式醫療裝置充電:照光而非更換電池

心律調節器與其他植入式醫療裝置需要靠電流來運作。更換電池則需要額外的手術,那對病患來說是一種額外的壓力。一個由日本產業技術綜合研究所(National Institute of Advanced Industrial Science and Technology,AIST)都英次郎(Eijiro Miyako)所領導的日本團隊現在在 Angewandte Chemie 期刊中引介一種替代方法:一種可植入式轉換器,能被透過皮膚的雷射照到。

生物電子裝置幫助許多病患活的更久並體驗更好的生活品質。節律器並非今日所用的唯一一種植入式電子裝置;這裡還有緩和嚴重慢性疼痛的「疼痛節律器(pain pacemakers)」。那是種神經刺激器(neurostimulators),將電脈衝直接送到脊椎以阻斷將疼痛傳送到腦部的訊號路徑。另一個例子是可植入式藥物幫浦,那可引導脊椎附近的鎮痛劑,或著提供胰島素給糖尿病患者。

像這樣的電子裝置移植通常由鋰電池供電,最多能撐十年。電池必須在另一次手術中進行更換。可充電的版本自然令人滿意。目前有各種替代方案出爐,例如,由體內葡萄糖驅動的電池(electric cells)或是肌肉驅動的發電機(dynamos)。缺點是它們所產生的電流無法獲得控制。其他方法則是透過(電)磁(電)流發電來運作,但這會擾亂鄰近電子裝置。

這個日本團隊現在開發出一種有趣的替代方案 — 一種依雷射照射來傳遞電流的裝置。該系統的核心是非常精細劃分的奈米碳管,內嵌在矽基質(silicon matrix)中。這些奈米碳管吸收雷射光並將光能非常有效率地轉換成熱。這種熱能接著透過這個微小裝置被轉換成電流。這透過席貝克效應(Seebeck effect)運作:在一個以二種不同導體製成的電路中 — 在此例中是一種以特殊方式排列的半導體材料 — 接點間的溫度差異會導致微小的電壓。只有塗布矽/奈米碳管複合物的那一側,會因照射而升溫,提供所需要的溫度差。因奈米碳管的良好吸收波長範圍,剛好能通過組織,故此裝置(其所需空間,邊長不會超過半公分)可以被植入皮下。單單是照雷射就能讓它產生足夠電壓為節律器或其他裝置的電池充電。

這些研究者現在正在研究要製造出更有效率的能源轉換裝置,並為了醫療應用而增加其安全性。

資料來源:PHYSORG:Shine a light instead of changing the battery[December 1, 2011]

轉載自only-perception

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