埋め込み型医療機器の将来では、バッテリーも私たちと同じように「呼吸」できるようになるでしょう。研究者チームは、革新的な移植可能で生体適合性のある Na-O2 バッテリーを設計しました。この先駆的なデバイスは、体液に溶解した酸素を陰極の活性成分として使用し、さまざまな医療用途に電力を供給するための長期エネルギー源として期待されています。 そしてそこに到達するのは簡単ではありませんでした。
エネルギーの息吹
数年ごとに交換する必要のないペースメーカーはどうでしょうか？または 神経刺激装置 充電を気にせずに継続的に動作しますか？昨日までSFだったこれらのシナリオは、博士率いる研究チームが開発した埋め込み型Na-O2バッテリーのおかげで、少し近づいてきました。 陽Lv e 劉希正 中国の天津理工大学出身。
その背後にあるアイデアは何ですか？それはシンプルであると同時に独創的です。組織にすでに存在する酸素をバッテリーの「燃料」として利用します。実際には、このバッテリーは体液に溶けた O2 を「呼吸」します。これは、私たちの肺が空気を吸い込んで血液に移すのと少し似ています。
生きた電池の構造
しかし、人体と共生して機能するバッテリーをどのように構築するのでしょうか?確かに公園を散歩するようなものではありません。特別な素材、独創的な構造、そして十分な生体適合性が必要です。
このNa-O2バッテリーの心臓部は正極です、酸素還元反応を促進するナノ多孔質金 (NPG) 触媒で構成されています。実際には、このスポンジ状の素材が液体から O2 を捕捉し、電気に変換します。
反対側は陽極です、電子貯蔵庫として機能するナトリウム、ガリウム、スズの合金 (NaGaSn) で構成されています。この革新的な材料は、生物学的環境で急速に劣化する傾向がある純粋な金属ナトリウムの安全性と安定性の問題を克服します。
2 つの電極を分離するために、イオン交換膜 (ナフィオン) が使用されます。 保護バリアとして機能します。すべては、ポリ-L-乳酸-コ-カプロラクトン（PLCL）で作られた柔らかく生体適合性のあるケースに封入されています。PLCLは身体によく耐え、柔軟で移植可能なバッテリーの作成を可能にする素材です。
要約すると、電気化学の宝石です。副作用や炎症を引き起こすことなく、各コンポーネントが生体組織と調和して機能するように設計されたデバイス。
埋め込み型バッテリー、生命エネルギー
一言で言えば、このドラムセットはスタイルを練習するものではありません。その応用可能性は膨大かつ具体的です。動物モデルのテスト中、ラットに埋め込まれたデバイスは、安定した長期持続する電気化学的性能を実証しました。 2,6 V で 2 μW/cm1,3 の電力密度を 4 週間以上持続。
これは、植込み型 Na-O2 バッテリーが、ペースメーカーから神経刺激装置、グルコースセンサーから薬物送達システムに至るまで、さまざまな医療機器に継続的に電力を供給できることを意味します。現在、頻繁な交換や外部充電が必要な機器は、患者にとってあらゆる不便とリスクを伴います。
それだけではありません。バッテリーの放電反応には体液からの O2 の消費が含まれており、それ自体が治療効果をもたらす可能性があります。 はい、固形腫瘍や嫌気性感染症などの一部の病理学的状況では、組織の低酸素状態が悪化要因となるためです。これらの領域から一部の酸素を引き出すことで、バッテリーは病気の細胞の増殖を妨げる環境を作り出す可能性があります。
それはすべての医師の夢に似ています。監視して刺激するだけでなく、相乗的な方法で治療も行う埋め込み型デバイスです。組織の生化学のバランスを再調整する一種の代謝「ペースメーカー」。
生体適合性の課題
もちろん、これからの道はまだ長く、障害に満ちています。この技術を普及させるための主な課題は、その完全な生体適合性と長期的な安全性を確保することです。遅かれ早かれ問題を引き起こすようなものを人体に埋め込むことはできません。
ラットでの実験中、移植可能な Na-O2 バッテリーは、重大な炎症や免疫反応を引き起こすことなく、優れた耐性を示しました。排出物（主に Na+ イオンと OH- イオン）は、恒常性を変えることなく腎臓と肝臓によって効率的に処理されます。さらに、陰極の周囲に新しい毛細管が形成され、O2 の一定供給が保証され、デバイスが宿主組織に完全に統合されていることを示しています。
しかし、ラットは人間ではないため、人間の体内に埋め込み型バッテリーをテストするには、非常に高い安全基準と厳格な実験プロトコルが必要です。各成分が安定しており、長期にわたって有毒物質を放出しないことを確認する必要があります。性能が長期間にわたって一定のままであること、および危険な電気化学的ドリフトがないことを検証する必要があります。また、線維症や拒絶反応を避けるために、デバイスと組織間の界面を注意深く管理する必要があります。
すべての質問には、材料科学者、電気化学者、生物医学工学者、臨床医の間で、多くの学際的な作業が依然として必要となります。しかし、敷地内は刺激的です。
「呼吸する」体内埋め込み型電池：共生の未来へ
彼はどう思うだろう ルイージ・ガルヴァーニ電気生理学の先駆者である彼は、生命システムにおける化学と電気の結合に直面しましたか?彼は、電流によって震えるカエルの足を観察し、生物学的現象と電気的現象の密接な関係を最初に理解した人でした。おそらく、「呼吸」する埋め込み型電池を見て、驚きから立ち直った後、彼はにっこりと微笑むだろう。
あるいは、解剖学者だった彼は、人体が人工装置にどのように適応し、電力を供給できるかに驚かれるかもしれません。母親が赤ちゃんに授乳するように、私たちの組織は、有機と無機の完璧な共生のもとで、この電気化学的生き物に酸素と安定性を提供します。
それは、テクノロジーの助けを借りて生物学の限界を克服するという、サイボーグやトランスヒューマニストたちのポストヒューマンの夢に似ているでしょうか?それとも、それは単に生命と物質の共進化に根ざした、より古くより深いビジョンなのでしょうか?
結局のところ、私たちの細胞は酸素を吸ってエネルギーを「送り出す」小さな電池です。この埋め込み型バッテリーは、自然が常に知っている原理を極限まで取り入れています。
もちろん、やるべきことや議論すべきことはまだたくさんあります。対処すべき倫理的、規制的、社会的、実存的な問題。しかし、一つ確かなことは、このイノベーションにより、エネルギーと生命の境界がより薄くなるということです。そして、埋め込み型医療機器の未来は、新たな衝撃的な息吹を帯びています。
