可植入、灵活且具有生物相容性 Na-O2 电池使用稳定的钠基合金作为阳极，通过消耗体液中的氧气来供电。 （由 Chem/Lv 等人提供）
当起搏器或神经刺激器等医疗设备被植入人体内时，迫在眉睫的问题是其电池在需要手术移除和更换之前可以运行多长时间。
中国的研究人员开发了一种具有开放式阴极结构的植入式Na-O2电池，该电池依靠体内循环的氧气运行，有可能消除电池寿命的限制。 在对实验室老鼠的测试中，团队表明概念验证设计可提供稳定的功率并具有出色的生物相容性。
金属-O2电池之前已经测试过潜在的植入用途，但遇到了挑战。 他们的设计需要开放式阴极结构来吸收体液中的氧气，并且产生的任何放电产物必须在电池循环过程中容易被人体代谢。 此外，所有组件都必须具有生物相容性，并且电池必须足够柔韧，以能够与软组织稳定接触。
这种新型电池由Nano多孔金催化阴极、充当隔膜的离子选择性膜和钠基合金（NaGaSn）制成的阳极组成。 Nano多孔金具有优异的生物相容性，以前曾被用作金属空气电池的阴极，以提供氧还原反应。 在Na-O2电池中，在放电过程中，通过Nano孔金的催化作用，从体液中持续供应的氧气被减少。
尽管该团队指出NaGaSn合金电极在水中具有较高的安全性和稳定性，但离子选择性膜可防止体液到达阳极。 整个电池被点评在柔软且有弹性的多孔聚合物薄膜内。
天津工业大学的主要联合设计师吕阳、刘西正和刘久聪首先进行了体外实验，然后将电池植入实验室老鼠背部的皮下。 24 小时后，他们观察到不稳定的放电电压平台。 然而，植入两周后，电池能够产生 1.3 至 1.4 V 之间的稳定电压，最大功率密度为 2.6 µW/cm2。
“我们对部署后电力输出不稳定感到困惑，”刘熙正在一份新闻声明中解释道。 “事实证明，我们必须让伤口有时间愈合，让电池周围的血管再生并供应氧气，电池才能提供稳定的电力。 这是一个令人惊讶且有趣的发现，因为这意味着电池可以帮助监测伤口愈合情况。”
植入电池后，老鼠康复得很好，四个星期后，它们背上的毛发完全重新长出来。 重要的是，阴极周围的血管再生良好，提供了持续的氧气来源。 定量分析证实，植入电池的大鼠和未植入电池的对照动物中，电池周围的毛细血管数量相同。 事实上，随着植入时间的延长，毛细血管的数量逐渐增加。
研究人员通过生化和免疫组织化学分析评估了植入电池的生物相容性。 没有一只老鼠在电池周围出现炎症。 电池化学反应产生的副产物，包括钠离子、氢氧根离子和少量的过氧化氢，很容易在肾脏和肝脏中代谢。 四周后研究完成后，老鼠没有经历任何负面的生理影响，这表明植入的电池具有实际应用的潜力。
虽然概念验证电池产生的能量不足以为人类使用的医疗设备提供动力，但结果表明利用体内的氧气获取能量是可能的。 刘熙正表示，团队的下一步计划是通过探索更高效的电极材料、优化电池结构和设计来提高电池的能量输送。 “我们认为这种电池很容易扩大生产规模，选择具有成本效益的材料将进一步降低生产成本。”
研究人员指出，除了具有能够产生极高能量密度的新颖架构之外，电池的氧浓度还可以精确控制。 这种能力可以将其用途扩展到治疗应用，例如使癌性肿瘤缺氧或将电池能量转化为热量来破坏癌细胞。 未来的研究计划将包括评估这种有前景的植入式电池的其他用途。
该研究发表在《Chem》上。
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