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小汗滴大用处!科学家利用人体汗液为智能手表充电

olivia chan

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穿戴式电子设备和生物传感器是健康监测的重要工具,但是很难为它们找到方便的电源。现在,科学家已成功开发并测试了一种可穿戴生物燃料电池阵列,该阵列可通过穿戴者汗液中的乳酸产生电能,从而打开了仅由体液提供动力的电子健康监测系统时代。

由日本东京科学大学的Shitanda Isao副教授带领的一组科学家,正在探索有效地利用汗水作为可穿戴电子设备唯一的动力来源的方法。他们提出了一种生物燃料电池阵列的新颖设计。该阵列使用汗液,乳酸盐中的化学物质产生足够的功率,以在短时间内驱动生物传感器和无线通信设备。

这种新生物燃料电池阵列主要由疏水的纸质基材组成。外观看起来像纸绷带,可以戴在手臂或前臂上。上面串联和并联布置了多个生物燃料电池;电池数量取决于所需的输出电压和功率。在每个电池中,汗液中含有的乳酸和电极中存在的酶之间的电化学反应产生电流,该电流流向由导电碳糊制成的普通集电器。

与此前曾出现过的基于乳酸的生物燃料电池相比,新型的“纸绷带”生物燃料电池的整个设备均可以通过丝网印刷来制造,大大降低成本。另一个优点是利用纸层收集汗液,并通过毛细血管作用,将乳酸盐递送至细胞的方式并不会对人体带来不适。这种作用与餐巾纸迅速吸收的原理相同。

这些优势使生物燃料电池阵列展现出前所未有的向电子电路供电的能力。在实验当中,纸质生物燃料电池可以产生3.66 V的电压和4.3 mW的输出功率。这种能力大大高于以前报道的乳酸生物燃料电池。

为了证明其在可穿戴生物传感器和通用电子设备中的适用性,该团队制造了一种自驱动式乳酸生物传感器,该传感器不仅可以使用乳酸为自身供电并测量汗液中的乳酸浓度,而且还可以通过低功耗蓝牙设备将测量值实时传达给智能手机。

新型生物燃料电池阵列不仅可以为可穿戴的乳酸生物传感器供电,而且还可以为其他类型的可穿戴电子设备供电。借助该设备,研究团队用一滴人造汗水成功地驱动了1.5小时的商用活动计。

乳酸是一种重要的生物标志物,可以实时反映体育锻炼的强度,这与训练运动员和康复患者有关。希望随着可穿戴生物燃料电池的进一步发展,为便携式电子设备和生物传感器供电将不再费劲!

参考资料:

https://www.sciencedaily.com/releases/2021/04/210413114055.htm


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