特殊涂层可防止电池吞食后导电

点击次数:4   更新时间:2018-05-16   【关闭

由一组研究人员开发的一种新型特殊涂层可防止电流在意外摄入电池后损坏消化道。 /

每年有将近4,000名儿童在吞服纽扣电池 - 平板圆形电池(可为玩具,助听器,计算器和许多其他设备供电)之后前往急诊室。摄入这些电池会造成严重后果,包括永久损伤食道的灼伤,消化道中的眼泪,甚至有时会导致死亡。

为了帮助预防这些伤害,麻省理工学院,布莱根妇女医院和马萨诸塞州总医院的研究人员设计了一种新的方式,使用特殊材料涂覆电池,以防止它们在吞咽后导电。在动物实验中,他们发现这种电池根本不会损害胃肠道。

“我们都非常高兴,我们的研究表明,我们创造的这些新电池有可能极大地提高安全性,因为每年有数千名患者意外摄入,无意中吞下玩具或其他实体中的电子元件,”Robert Langer说。 ,麻省理工学院David H. Koch研究所教授以及麻省理工学院Koch综合癌症研究所,医学工程与科学研究所(IMES)和化学工程系成员。

哈佛医学院和布里格姆妇女医院副教授Langer和Jeffrey Karp是一篇论文的高级作者,他在本周的美国国家科学院院刊上描述了新型电池涂层。该论文的主要作者是前IMES博士后Bryan Laulicht,以及Koch研究所研究员和MGH肠胃病学家Giovanni Traverso。

小电池,很大的危险

每年生产约50亿个纽扣电池,这些电池变得越来越强大,如果吞下它们甚至更加危险。在美国,最近立法要求在包装上标注警告标签,有些玩具需要有电池外壳,只能用螺丝刀打开。然而,卡普说,没有任何技术创新使电池本身更安全。

当电池被吞噬时,它们开始与水或唾液相互作用,产生产生氢氧化物的电流,这是一种破坏组织的苛性离子。这可能会在几个小时内造成严重伤害,特别是如果父母没有立即意识到小孩吞下了电池。

Traverso说:“食管中的盘式电池需要[紧急]内镜取出。 “这代表了胃肠道紧急情况,因为一旦电池与组织接触就会开始出现组织损伤,从而产生电流并导致化学灼伤。”

研究团队开始考虑改变电池的方式,以便它们不会在人体内产生电流,但仍然能够为设备供电。他们知道,当电池在他们的房屋内时,他们会感受到温柔的压力。为了利用这一点,他们决定用一种材料来涂覆电池,这种材料可以在压力下让它们导电,但是当电池没有被压缩时可以起到绝缘体的作用。

量子隧穿复合材料(QTC)是计算机键盘和触摸屏中常用的现成材料,可以很好地满足这一要求。 QTC是一种橡胶材料,通常由硅树脂制成,嵌有金属颗粒。在正常情况下,这些粒子太远而无法传导电流。但是,挤压时,粒子靠得更近并开始导电。这允许QTC从绝缘体切换到导体,取决于它受到多大的压力。

为了验证这种涂层能够防止组织损伤,研究人员首先计算了电池在消化道内受到多大的压力,在消化道内,被称为蠕动的道的运动有助于使食物沿着移动。他们计算出,即使在患有罕见疾病称为“胡桃夹子食管”的患者中发现的尽可能高的力量下,QTC涂层电池也不会进行。

“你想知道可能应用的最大力量是什么,并且你想确保电池只能在阈值以上进行操作,”Laulicht说。 “我们认为,一旦我们远高于这些水平,这些涂层就会通过胃肠道不变。”

在完成这些计算后,研究人员监测了猪的食道中的涂层电池,发现没有损伤迹象。

“相对简单的解决方案”

由于QTC相对便宜,并已用于其他消费产品,研究人员认为电池公司可以很容易地实施这种类型的涂层。他们正在开发一种可扩展的涂层电池制造方法,并寻求那些在采用它们时会感兴趣的公司。

“我们真的很有兴趣试图强加设计标准,让我们有一条加速的道路,将这种情况带入社会并减少伤害,”卡普说。 “我们认为这是一个相对简单的解决方案,应该易于扩展,不会增加大量成本,并且可以解决与摄取这些电池相关的最大问题之一。”

此外,由于涂层具有防水性,研究人员认为它可用于制造耐候性更强的电池,更适合户外使用。他们还计划在其他类型的电池(包括锂电池)上测试涂层。

布朗大学医学科学教授伊迪丝马蒂奥维茨说,她认为这种方法是一个“聪明的想法”,可以很容易地解决电池摄取的潜在危险。

“我喜欢的是,你可以很容易地实现这个简单的想法。这不需要一个大的新制造工厂,“她说。 “而且,它最终可用于任何类型的电池。”

该研究由美国国立卫生研究院资助。

出版物:Bryan Laulicht等人,“防止意外摄入胃肠道损伤的简单电池装甲”,PNAS,2014; doi:10.1073 / pnas.1418423111

来源:麻省理工学院新闻Anne Trafton

图片:Christine Daniloff / MIT