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[2012.06.30] 一个令人思之如饴的美好想法

2012-7-5 10:58| 发布者: migmig| 查看: 7008| 评论: 33|原作者: 悠悠万事97

摘要: 研究人员正在试图利用人体本身的燃料——葡萄糖,来为心脏起搏器等植入式小型医疗装置供能。
【导读】植入式医用装置经常是维持病人生命的必要手段,但它们也需要电源。一旦体内植入装置的电池供电中断,病人的生命岂非立即受到了威胁?为解决这一难题,研究人员正在尝试使用葡萄糖为这类装置供电;人们或可将之称为“甜蜜”的解决办法。

医用植入装置

一个令人思之如饴的美好想法

研究人员正在试图利用人体本身的燃料——葡萄糖,来为心脏起搏器等植入式小型医疗装置供能。

Jun 30th 2012 | from the print edition

medical implants.jpg

心脏起搏器和其它任何电子装置一样需要能源。自1958年第一个永久性心脏起搏器植入人体以来,植入式医疗装置(IMD)的生产厂家已经试用了形形色色的方法为其产品供电。他们试过各种化学电池和感应充电方法,甚至用了可将放射性衰变产生的热能转化为电能的钚能量电池。以钚为能源的起搏器还不时出现在太平间和医院里,而且美国核管理委员会(America’s Nuclear Regulatory Commission)还时常忙于就未能妥善处理钚元素向毫不知情的医院发传票。

今天人们广泛使用非充电锂电池。它们可用于多种心脏和神经系统的植入装置,使用期为7至10年。这段时间足够有余:按照医疗进程,在电池供电不足时,通常也就到了必须用新型装置完全取代原有装置的时候。

但这并没有阻止研究人员继续求索,以找到小巧而又不需要外部充电的永久性完美供电形式。现在有几位研究人员正接近于找到这样一种解决办法;他们正在利用一种糖,即人体所有细胞的主要能源葡萄糖,来为装置供电。

多年来人们已经试过不少想法。例如,人们长期利用人体的动能为手表供能,这种动能也应足以保持心脏起搏器工作。人体与环境的温差能让温差电偶产生不少可供使用的电流。经过正确调节的仪器可以捕捉环境中的无线电波背景能量,经整流后成为可用的少量能量。

尽管所有这些想法都在实验室装置上经理论验证可以工作,但它们都有一个共同的缺陷:无法保证不间断供电。例如,失去知觉的病人不会有多少动能。人坐在温暖的房间里就会减少温差电偶提供的能量。无线电波确实常有,但并非普遍存在。对于可能肩负着保证病人生存重任的植入式医疗装置来说,这些是严重的缺点。

血液中的能量

用葡萄糖供电的植入装置可以解决这样的问题。循环系统持续把葡萄糖送往身体各处,因此用糖供电的装置总是可以得到燃料供应,并且几乎可以植入人体的任何部位。

阿拉巴马州CFD研究公司(CFD Research Corporation in Alabama)的研究人员沙米尔•辛格哈尔(Sameer Singhal)在他的方法中使用在活细胞中令葡萄糖分解的那些酶。他与他的同事们用碳纳米管将两种不同的酶固定在燃料电池的电极上,它们在其上释放葡萄糖中的电子,产生电流。现阶段只能利用单个葡萄糖分子中可资利用的24个电子中的两个,但进一步改进技术能够增加这一数字。

辛格哈尔博士已经把原型装置植入了活牛体内。这些仿生装置带有大约一便士硬币大小的燃料电池,它们在一次为时两周的试验中能产生功率超过20微瓦(百万分之二十瓦)的电流。

这只是心脏起搏器所需功率的大约五分之一,但辛格哈尔博士认为,如果他用整个人体做电池就能提供足够的电流。但还有一项困难需要克服:在一种名为生物淤积的过程中,植入人体的外物会被蛋白质与组织结成的硬壳包裹。这可能会在短短几个月后就让辛格哈尔的装置无法工作。那些酶也同样令人担心:时间长了它们会分解,而失去了酶就等于失去了动力。

麻省理工学院的电子工程师拉胡尔•萨派斯卡(Rahul Sarpeshkar)有解决这两项难题的方法。在发表于6月12日的《科学公共图书馆》(Public Library of Science)上的一篇论文中,萨派斯卡博士等描述了一种葡萄糖燃料电池的制造方法,这种燃料电池使用功能不随时间减退的铂催化剂。

这种方法的缺点是,铂催化剂的效率不如辛格哈尔博士使用的酶,所以萨派斯卡博士的电池工作状况欠佳。但它产生的电流或许足以驱动下一代超低能耗的植入式医疗装置。

对于生物淤积问题萨派斯卡博士同样有一个新奇的解决方法:把燃料电池植入大脑周围的脑脊液(CSF)中。虽说脑脊液中葡萄糖的浓度只有血流中的一半,但它实际上不含蛋白质和细胞——正是它们让植入身体其他地方的装置失灵——因此大大延长了装置的寿命。

还有可以提供更多能量的其他途径。一些生活在土壤中的细菌已经进化到能够储存葡萄糖在铁分子上氧化产生电子程度,这让研究人员考虑诱使它们生存在燃料电池的阳极上。像这样一个完全隔离于寄主免疫系统的微生物菌落可能不得不用电子与血流交换营养物。这种细菌可以更新它们自己的酶,所以这样的系统应能无限期存在。但把细菌菌落植入病人体内的想法可能不容易得到医疗监管部门的批准,更遑论公众舆论了。

一个更好的想法或许是让人体自己的一些细胞学做这样的工作。一种叫做心肌成形术(cardiomyoplasty)的过时疗法是从人体上割下一块很少使用的上背部肌肉,用它包裹心脏,协助心脏泵血。与此类似,人们或许可以重新训练肌肉纤维,用它带动人体发电机。用这样的方法产生的电流应该足以驱动人造心脏这类最耗能的装置。

最近几十年锂电池的能量密度大为提高,但它们所依赖的化学反应所能产生的能量永远无法与葡萄糖的新陈代谢相比。1克葡萄糖中含有的化学能几乎是同等重量汽油中的一半,而汽油是以高能量密度著称的燃料。经过一番改进之后,人们或许会证明,糖是解决下一代植入式医疗装置供电问题非常美妙的途径。
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发表评论

最新评论

引用 vivien300 2012-7-5 07:49
翻译的真好。
引用 rendezvous 2012-7-5 10:10
而且美国核管理委员会(America’s Nuclear Regulatory Commission)还时常忙于就未能妥善处理钚元素向毫不知情的医院发传票。
而且由于未能妥善处理钚元素的问题,美国核管理委员会(America’s Nuclear Regulatory Commission)还时常忙于向毫不知情的医院发传票。
这句话可以按照原文的语序,分开来说,不然显得有点冗长,意思理解不明确。



引用 老牛仔 2012-7-5 14:09
"Plutonium-powered pacemakers still turn up from time to time in mortuaryies and hospitals"
请问楼主,太平间的pl.形式是不是mortuaries?
引用 老牛仔 2012-7-5 14:30
楼主莫非对医学也有研究?翻译的这么好,霸气侧漏,向你学习,另提几个小问题。
Dr Singhal has implanted prototype devices into live beetles.
辛格哈尔博士已经把原型装置植入了活牛体内。
活牛?
There is a catch, though: a process called biofouling, in which foreign objects implanted in the body become encrusted with proteins and tissue.
植入人体的外物会被蛋白质与组织结成的硬壳包裹。
感觉这里的“硬壳”不是很恰当,其实没有那么硬。
引用 vas111 2012-7-5 19:16
感谢分享,翻译的真好,对我的英文阅读提高很有帮助,谢谢~
引用 老牛仔 2012-7-5 22:05
老牛仔 发表于 2012-7-5 14:30
楼主莫非对医学也有研究?翻译的这么好,霸气侧漏,向你学习,另提几个小问题。
Dr Singhal has implanted ...

高见谈不上,刚开始我觉得把“硬壳”换成“膜”好点,可自己翻了下牛津词典,看了下encrusted的意思,觉得还是遵循楼主原来的意见为好。可心里还是觉得不应该形成硬壳,应该是类似于膜一类的致密组织,纠结。。。
引用 EstelleJoshua 2012-7-6 10:13
1. Equally worrying are the enzymes, which tend to break down over time.
这里break down 翻译成“失活"我觉得更好,酶并不一定分解掉了,只是失去活性,不能继续分解葡萄糖了而已。
ps:翻译的真好啊,学习了!
引用 老牛仔 2012-7-6 16:47
老牛仔 发表于 2012-7-5 22:05
高见谈不上,刚开始我觉得把“硬壳”换成“膜”好点,可自己翻了下牛津词典,看了下encrusted的意思,觉 ...

是茧那种感觉,可是换成“茧”觉得也不甚合理,可也想不出合适的词来代替,不如不译,“植入人体的外物会被蛋白质和组织包裹”,您意下如何?
引用 Molly_ECO 2012-7-9 23:47
翻译水平一流!
引用 悠悠万事97 2012-7-10 03:20
EstelleJoshua 发表于 2012-7-6 10:13
1. Equally worrying are the enzymes, which tend to break down over time.
这里break down 翻译成“失活 ...

“失活”本来挺好的,但请看原文Equally worrying are the enzymes, which tend to break down over time. Losing enzymes means losing power.后面的那句应该是“而失去了酶就等于失去了动力。”因此出于保持前后一致的考虑,保留“分解”。
引用 yannanchen 2012-7-10 06:46
the speed of medical progress
医学进步的速度
按照目前医学进展的速度, 到了电池没电要换新的时候, 已经出现更新型的可植入装置, 那就不值得只换电池, 索性连整个装置都换掉。
引用 yannanchen 2012-7-10 06:51
And radio waves are common but not ubiquitous
无线电波倒是很普遍, 但也不是无处不在。(指的是有屏蔽的地方没有?)
引用 yannanchen 2012-7-10 06:56
the size of a penny
其人在美国, 当指一美分硬币的大小
引用 yannanchen 2012-7-10 07:03
本帖最后由 yannanchen 于 2012-7-10 08:47 编辑

bi·on·ic (b-nk)
adj.
1. Of or relating to bionics. 仿生
2. Having anatomical structures or physiological processes that are replaced or enhanced by electronic or mechanical components. 仿物 (生物的正常功能被电子或机械装置所代替或加强), 仿物---是我的戏言。
3. Having extraordinary strength, powers, or capabilities; superhuman. 特异功能



the bionic bugs
=the bionic beetles
= the beetles which have anatomical structures or physiological processes that are replaced or enhanced by electronic or mechanical components.

所以在这里不是仿生的,而是相反,仿死的,仿物的。带有附加人工装置的。
引用 yannanchen 2012-7-10 08:19
本帖最后由 yannanchen 于 2012-7-10 08:48 编辑

Some soil-dwelling bacteria have evolved to deposit the electrons from glucose oxidation onto iron molecules, which allows researchers to trick them into living on the anode of a fuel cell. A colony of microbes like these, properly isolated from the host’s immune system, might be coerced into trading electrons for nutrients from the bloodstream.还有可以提供更多能量的其他途径。一些生活在土壤中的细菌已经进化到能够储存葡萄糖在铁分子上氧化产生电子程度,这让研究人员考虑诱使它们生存在燃料电池的阳极上。像这样一个完全隔离于寄主免疫系统的微生物菌落可能不得不用电子与血流交换营养物。
评论:to deposit the electrons from glucose oxidation onto iron molecules, which allows researchers to trick them into living on the anode of a fuel cell. 细菌已经进化到能够把葡萄糖氧化释出的电子(氧化失电子) 运储到铁分子上面(铁被还原, 得电子) ,这就使得研究人员能够诱使这些细菌(them) 移居到燃料电池的阳极上。
A colony of microbes like these, properly isolated from the host’s immune system, might be coerced into trading electrons for nutrients from the bloodstream. 像这样一个完全隔离于寄主免疫系统的微生物菌落可能不得不用电子与血流交换营养物。(我想解释一下。 细菌需要养料, 那就是葡萄糖。 葡萄糖被细菌氧化后释出的电子, 经过细菌的运储作用, 堆积到血液里血红蛋白的铁上面。 这就是所谓的用电子与血交换养料)

引用 yannanchen 2012-7-10 08:24
muscle fibres might be retrained to crank an electromechanical generator. Such a setup would be capable of producing enough electricity to drive even the most power-hungry of devices, like artificial hearts.与此类似,人们或许可以重新训练肌肉纤维,用它带动人体发电机。用这样的方法产生的电流应该足以驱动人造心脏这类最耗能的装置。

评论: 人体发电机?an electromechanical generator 电磁机械式发电机, 当然是微型的, 但是确实是置入型的真正发电机。 它的发动, 靠的是被再训练过的肌纤维。
引用 山东超峰 2012-7-11 18:12
本帖最后由 山东超峰 于 2012-7-13 21:44 编辑

1.        但这并没有阻止研究人员继续求索----原文的dissuade 或许翻译为“但这并并未打消研究人员求索的念头

2.        正接近于找到----即将完全掌握

3.        不少可供使用的电流---不少可供使用的电量 (电流只分大小,不分多少,文中的quantity表示数量,且电流多用current,此处译作电量,电能比较妥当)

4.        成为可用的少量能量。---成为少量的可用电能。

5.        不会有多少动能---不会产生多少动能    体现generate

6.        无线电波确实常有,但并非普遍存在。--无线电波确实常见,但并非到处都是。。。。吹毛求疵
7.        bionic bugs ---能力超人的甲虫    bionic可以去掉?

8.        产生功率超过20微瓦(百万分之二十瓦)的电流。----产生的功率超过20微瓦(百万分之二十瓦)。   电流是安培,功率是瓦特 在电学单位制中,是伏特乘安培(V×A)。(生化领域的阿汤哥肯定比我懂)

9.        如果他用整个人体做电池就能提供足够的电流--如果他用整个人体做电池就能提供足够的电量

10.        但它产生的电流或许足以驱动下一代超低能耗的植入式医疗装置。--但它产生的电量或许足以驱动下一代超低能耗的植入式医疗装置。

11.        正是它们让植入身体其他地方的装置失灵-----正是它们把植入身体其他地方的装置缠绕起来不能工作   foul在科林斯词典中的一个解释是 if sth fouls a mechanism,device,net,etc. it accidentally becomes twisted or knotted around it and prevents it from working properly 把。。。。缠住

12.        已经进化到能够储存葡萄糖在铁分子上氧化产生电子程度,这或许能让研究人员诱使它们生存在燃料电池的阳极上。---已经进化到能够将葡萄糖氧化过程中产生的电子储存在铁分子上的程度(意思理解错误?),这或许让研究人员诱使它们在燃料电池的阳极上生存成为了可能(突出allow?)。

13.        用这样的方法产生的电流--用这样的方法产生的电能
@悠悠万事97  
引用 Ariel-zt 2012-7-11 20:02
这篇文章翻译的很好,很多医学上的词都翻译的很专业。
引用 kxx1672 2012-7-12 23:08
就靠你们这些好翻译学英语了  每看必踩

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