新型感测器：由生物燃料供电 能检测与预防疾病

导读

近日，美国华盛顿州立大学的研究人员开发出一种由生物燃料供电的可植入感测器。它能依靠糖来运行，并监测人体的生物信号，从而检测、预防和诊断疾病。

背景

生物燃料电池，是以有机物为燃料，直接或间接利用酶作为催化剂的一类特殊的燃料电池。与传统电池相比，生物燃料电池具有高效、洁净、环境友好等优点，被认为是一种新型的绿色能源。

折纸飞镖式样的微生物燃料电池（图片来源： Jonathan Cohen/宾汉姆顿大学）

细菌提供能量的纸电池（图片来源：宾汉姆顿大学）

纸基生物燃料电池（图片来源：宾汉姆顿大学）

从汗液中提取能量的生物燃料电池（图片来源：加州大学圣地亚哥分校）

创新

今天，让我们来看一项基于生物燃料电池的新技术。近日，美国华盛顿州立大学（Washington State University）的研究人员开发出一种由生物燃料供电的可植入感测器。它能依靠糖来运行，并监测人体的生物信号，从而检测、预防和诊断疾病。

（图片来源：华盛顿州立大学）

华盛顿州立大学电气工程与计算机科学系助理教授 Subhanshu Gupta 领导的跨学科研究团队开发了这个独特的感测器，它由生物燃料电池供电，从体液中采集葡萄糖来运行。

研究团队演示了将生物燃料电池与电子器件集成到一起的独特方案，用于高灵敏度地处理生理与生物化学信号。

他们的研究成果发表在《 IEEE Transactions of Circuits and Systems journal》期刊上。

华盛顿州立大学化学工程与生物工程学院的教授 Su Ha 与 Alla Kostyukova 领导了这个生物燃料电池的设计。

技术

如今，许多流行的用于疾病检测的感测器，要么是需要充电的手表；要么是穿戴在皮肤上的贴片，可是它却位于表皮之上，无法嵌入到皮肤深处。华盛顿州立大学开发的感测器，无需指尖采血，就可以测试特定的疾病，例如糖尿病。

Gupta 表示：“通过皮肤与嘴巴附近的血糖或者乳酸，人体的体液中携带了许多燃料。生物燃料电池为采用人体作为潜在的燃料打开了大门。”

感测器中的电子器件采用了最先进的设计与制造工艺，功耗只有几微瓦，且灵敏度很高。

（图片来源：华盛顿州立大学）

价值

Gupta 称，这些电子器件与生物燃料电池结合到一起后，比传统电池供电的设备更加高效。因为依靠身体的葡萄糖，感测器的电子器件可以被无限期地供电。例如，感测器可以依靠恰好位于皮肤下方的糖分来运行。

他说，不同于普遍使用的锂离子电池，生物燃料电池也是完全无毒的，因此更有希望植入人体。它也比传统的生物燃料电池更加稳定且灵敏。

研究人员称，他们的感测器可以通过量产工艺，利用规模经济，低成本地制造。

Gupta 表示：“这项研究将制造生物燃料电池的技术与我们复杂的电子器件结合到了一起。这是一个非常好的结合，将适用于未来许多的应用。”

未来

感测器已经经过实验室测试，而研究人员希望在毛细血管中测试并演示这些感测器，而这需要获得监管批准。研究人员正在进一步改善并增加他们生物燃料电池的功率输出。

关键字

感测器、生物燃料电池、医疗

参考资料

【1】https://news.wsu.edu/2018/09/27/researchers-develop-sugar-powered-sensor-detect-prevent-disease/

【2】https://ieeexplore.ieee.org/document/8470259