一种能在体内工作的医疗胶囊电池，任务完成后会逐渐分解

医疗胶囊可以小到足以吞下，却仍会留下一个棘手的问题：它的电池该怎么办？传统电池能够稳定供电，但外壳一旦受损，消化道就可能接触到金属、电解质或尖锐碎片。如果设备的设计目标是无需取回、自然通过人体，那么电源就必须被视为医疗安全问题的一部分，而不是可以随意替换的零件。

2026年9月21日发表于《Nature Chemical Engineering》的一项研究，描述了一种围绕这一限制设计的电池。由麻省理工学院牵头的团队制造了一个镁—三氧化钼电池单元，采用纤维素基结构、可生物降解的离子液体凝胶电解质和蜡质保护层。该电池的峰值开路电压为1.84伏，并在猪体内为两类可吞咽电子设备供电：一种是能够从胃肠道内部发送信号的射频识别标签，另一种是能够对胃部进行电刺激的胶囊。

这项成果的价值，不在于研究人员把电池做得看起来像食物，而在于他们把可生物吸收电源连接到了未来医疗胶囊真正可能需要的功能：报告自身位置，以及提供一次持续时间有限的电治疗。研究仍属于动物实验。它没有证明人类可以安全吞下这些电池，也没有证明相关电子设备能在人体消化条件下稳定工作，更没有证明基于该胶囊的治疗能够有效应对某种疾病。它的意义更具体，也更有限：瞬态医疗电子设备中最难处理的部件之一，已经从台式化学演示走向了完整系统验证。

为什么电池会成为瓶颈

可吞咽电子设备之所以有用，正是因为它们能够进入外部传感器或传统植入物难以到达的位置。胶囊可以测量肠道环境、在指定位置释放药物、监测药物是否通过消化道，或者提供局部电刺激。每一种应用都必须回答同一组基本工程问题：设备如何供电，电力应持续多久，如何与体外设备通信，以及任务完成后还会留下什么。

电池往往是最难妥协的答案。锂电池、氧化银电池和碱性电池在能量密度与可预测性方面各有优势，因此相关化学体系已经用于成熟的医疗设备。但它们并不天然适合被吞下后暴露在胃酸中的物体。保护性封装可以降低风险，可封装本身也可能失效、碎裂，或残留在胃肠道内。当设备其余部分原本就打算降解或自然排出时，传统电池还会带来处置问题。

这并不意味着胶囊中的每一块传统电池都不安全。商业化可吞咽设备会作为完整系统接受评估，考察具体材料、密封结构、尺寸和工作条件。关键在于：为取回或永久隔离而设计的电池，并不适合一个目标是消失的设备。只要化学组成、降解产物和电学行为都受到严格控制，完全或大部分可生物吸收的电源就可能简化短时设备的安全论证。

麻省理工学院团队制造了什么

新电池使用镁合金作为阳极，并在纸张状复合阴极中使用三氧化钼。少量镁是人体熟悉的元素，钼也以微量营养元素的形式存在于人体内。但这类描述不能被理解为笼统的安全声明：某种材料在特定剂量、部位或化学形态下能够被耐受，并不代表它在另一种浓度或暴露时间下仍然无害。研究人员选择这些材料，是因为它们为制造高电压电池提供了一条可行路径，同时电池部件有望被分解并吸收或排出。

电池还含有离子液体凝胶电解质。电解质很关键，因为只有电极并不能构成有用的电池；离子必须在电池内部移动，电子则要通过外部电路流动。团队采用了一种旨在比简单缓冲盐水更适合生理条件的配方。源自纤维素的结构赋予电池纸张般的形态，而天然蜡能够减缓电池与酸性胃液的接触，使其不会在预定任务完成前就溶解。

研究人员制造了不止一种物理形态。其中一种是直径约7.5毫米的圆盘，适合小型追踪系统。另一种是长度约24毫米的矩形条，为功耗更高的刺激设备提供所需的电极面积。这个差异很重要：射频标签所需的电流，与必须通过生物界面驱动电刺激波形的电池并不相同。

在使用模拟胃部条件的酸性液体进行实验室测试时，电池大约三天内保持有用功能，之后性能开始下降。接下来的数周内，设备继续分解。麻省理工学院的报告展示了约90天内发生溶解的独立图像，而论文强调设备是瞬态工作的，各部件被设计为逐渐降解，而不是作为永久物体留在体内。确切寿命取决于几何形状、封装、酸度、液体接触情况和电负载。因此，与其把它理解成一个固定的到期时间，不如把它看作一个可以调节的工作窗口。

第一个演示：从胃部发送信号

团队把较小的电池集成到一个可生物吸收的RFID系统中。射频识别是一项有用的测试，因为它暴露了被动式可吞咽标签的常见弱点：标签可以从外部读写器获取能量，但可获得的功率和通信距离会受到读写器与标签之间耦合程度的限制。由电池辅助的标签，在体内时可以更可靠地发射信号。

在猪实验中，由电池供电的标签能够从胃肠道内发射信号，距离最远可达1.5米。研究人员将这一应用描述为追踪药物胶囊和支持服药依从性监测的一种可能方式。例如，系统可以告诉外部读写器，胶囊是否进入或通过了消化系统的某个部位。这本身不能证明药物已经被吸收、患者正确服用了药物，也不能证明治疗有效。它能提供更完整的记录，说明设备去了哪里，以及何时发送了信号。

这个区别看似有限，却很有价值。服药依从性系统经常在患者吞下剂量之后、临床医生获知后续情况之前的空档中失效。短寿命的一次性发射器可以缩小这个空档，又不要求患者取回设备，或接受手术来移除植入物。对于某些经过谨慎选择的药物，以及位置和时间具有临床意义的研究，这种好处可能最明显。但这并不意味着每一粒药都应加入电子追踪器。

据麻省理工学院新闻报道，研究团队计划在大约两年后开展相关SAFARI系统的临床试验。这个说法涉及更广义的系统及其开发路径，并不等于新电池已经可以常规使用。临床试验仍需建立设备性能、材料安全性、制造一致性、信号可靠性，以及胶囊失效或部分降解时的适当处理方式。

第二个演示：提供短时电刺激

较大的电池为一个可降解胶囊供电，使其向胃壁输送小电流。这一方案建立在同一研究团队较早的工作之上。此前的研究显示，电刺激能够激活胃部内分泌细胞，并提高胃饥饿素水平。胃饥饿素是一种参与饥饿感和食欲调节的激素。在新的动物实验中，刺激20分钟后，测得的胃饥饿素水平提高了约50%。

这个发现证明的是系统能够工作，而不是治疗已经产生效果。在一小组猪体内提高某种激素水平，并不能说明同样的干预能够帮助患有恶心、食欲减退或恶病质的人。恶病质是癌症及其他慢性疾病可能伴随的肌肉和体重丢失。实验也没有回答反复刺激是否仍然有效、是否会产生不良代谢影响，或者换一种电刺激模式是否更安全。

这项实验的价值在于，电池在胶囊停留于胃部期间，可以持续提供最长三天的刺激。电池并非只是接在培养皿中的电表上，而是被集成到一个具有生物学目标的设备中，并在动物模型内接受测试。即使医疗效果尚未得到验证，这也使工程结果更接近未来转化应用。

作者报告称，这套刺激系统几乎完全可生物吸收，但并非彻底如此。印刷电路板中仍有一些不能被人体吸收的部件。这是一个关键限制。可降解电池能够减少电源带来的危险和废弃物，却不能让整枚胶囊自动消失。未来版本需要使用可生物吸收的导体、开关、传感器、封装和电路元件，或者制定清晰方案，确保残留部件能够安全通过人体。

动物模型有帮助，但远远不够

研究人员选择约克夏猪，是因为猪的胃肠道在解剖和生理方面与人类系统存在相似之处。实验动物处于禁食和麻醉状态，胶囊通过内镜给入。研究测量了受控条件下的电输出、胶囊行为、信号传输和生物反应。相比完全使用人工胃液的实验，这些测试更有信息量，因为它们纳入了活体消化道的运动、组织接触和机械环境。

但这些条件也界定了证据的边界。动物在受控进食和操作条件下接受研究，部分测量的样本量较小。论文明确指出，后续工作需要纳入进食状态下的动物，并考察pH变化、黏液、胃肠道运动改变以及更接近真实情况的胃肠环境。食物会改变胃内化学条件和通过时间。黏液可能减少设备与组织之间的接触。胃肠道运动则可能让胶囊比预期更快或更慢地移动。每个因素都可能改变电池寿命和施加到目标部位的电剂量。

人的消化道并不是一条放大版的猪消化道。人类患者在年龄、用药、疾病状态、饮食、解剖结构和胃肠通过时间方面都存在差异。任何临床系统还必须应对意外滞留、降解不完全、制造缺陷，以及胶囊存在期间患者需要接受影像检查或其他操作的情况。这些不是标题之后再慢慢补充的细节，而是产品本身的一部分。

这套化学体系也有自己的问题。镁会在含水环境中腐蚀，腐蚀速度取决于周围液体，以及控制液体进入的材料。三氧化钼、电解质、蜡和降解产物都需要接受毒理学研究，考察剂量、所在部位和清除过程。某种元素属于微量营养素，并不能保证某一种化合物或局部浓度就是无害的。安全设计需要说明释放了什么、释放速度多快、会到哪里，以及人体如何处理这些物质。

这项设计真正改进了什么

最清晰的改进，是让电源的寿命与设备的预期寿命相匹配。一枚只需要工作几天的胶囊，不一定需要一块按多年寿命设计的电池。瞬态应用可以用可控降解换取长期稳定性，从而减少取回需要，并限制留在胃肠环境中的持久电子废物。

第二项改进是电学性能。报道的1.84伏峰值开路电压，足以驱动已经演示的低功耗系统；论文还报告，在相关放电条件下，电压可以稳定维持在约1.6伏。研究人员同时报告了约2.43毫安时/平方厘米的面容量，以及较大设计约4.13毫瓦时/平方厘米的面能量密度。这些数字并不意味着该电池能够普遍取代锂离子电池。它们说明的是，在可吞咽胶囊极其严格的尺寸和化学限制下，可生物吸收电池仍能提供有用功率。

第三项改进是平台能够支持不止一种用途。一个既能驱动射频标签、又能驱动治疗性刺激器的电源，可以为传感、追踪和局部治疗提供共同基础。未来设备或许因此更容易开发，因为团队不必为每一种胶囊重新设计整套能源系统。与此同时，这种平台也会更早暴露弱点：通信、刺激和传感需要不同的电流曲线，因此平台必须在真实负载下完成表征，而不能只依赖一种有利的实验室条件。

这里确实存在环境方面的好处，但需要准确表述。如果胶囊电池分解成能够安全吸收或排出的材料，进入污水系统的持久电池废物数量可能下降。论文把它描述为减少胃肠环境中电子废物的一种方式。但研究没有建立制造电池、生产蜡和电解质，或处理剩余不可生物吸收电子部件的完整环境足迹。一次性医疗设备在使用后更安全，并不代表它在其他环节没有制造和处置影响。

距离人体使用还剩哪些问题

眼下最直接的挑战是可靠性。在受控实验中可以持续三天的电池，未必能在患者体内持续三天。患者可能刚吃过东西，正在服用抑酸药，胃肠通过速度异常，或患有胃肠道疾病。治疗设备必须提供可预测的电刺激剂量，而不仅仅是在合适范围内产生电压。研究人员需要把电池化学、几何形状和封装结构，与经过统计定义的工作时间对应起来。

下一个挑战是整套系统的安全性。论文中的电池只是胶囊的一部分。电极和电解质也许能够被人体吸收，但电路板、天线、连接器或传感器可能仍然存在。这些部件可能影响局部组织，通过肠道，或在某处卡住。临床设计需要完整列出所有可能留在体内的东西，并提供关于其降解和清除的证据。

制造工艺与化学体系同样重要。研究用电池可以逐个装配、逐个测试；医疗产品则必须反复生产，并严格控制厚度、电极负载、封装、输出电压、电流和降解时间。很小的差异就可能改变胶囊何时通信、施加多少刺激，或能否保持完整直到抵达目标位置。灭菌过程也可能改变天然蜡、聚合物、电解质和黏合剂。

监管评估可能会很复杂，因为产品同时包含电池、可吞咽设备、无线发射器，有些版本还具有主动治疗功能。监管机构既要评估设备本身，也要评估它释放物质的生物学影响。追踪胶囊与胃部刺激胶囊的风险—收益分析可能完全不同。因此，第一种成功进入临床的应用，可能是范围很窄的监测任务，而不是治疗。

患者沟通也是一个问题。可生物吸收这个词听起来可能像完全无害、完全可以食用，但它在技术上描述的是材料在指定条件下分解的预期方式。它不意味着实验室电池可以被直接吞下，也不意味着损坏的胶囊就是安全的，更不意味着原型中的所有材料都达到食品级。若这些设备进入患者测试阶段，清晰标签和临床监督将不可或缺。

这项工作可能走向哪里

近期最可信的应用，是那些持续时间短、取回不方便且所需功率较低的设备。药物追踪就是一个例子：少量能量即可改善通信，不必为一台复杂计算机供电。局部传感是另一种可能。胶囊可以测量温度、压力、酸度或某种化学标志物，并在电源降解前发送一小段数据记录。电池也可以支持药物递送机制，让它只在消化道的特定位置获得一次所需能量。

电疗法应用更具挑战，因为它要求设备与组织形成受控电接触，也要求存在明确的刺激理由。胃部实验为局部调节肠胃信号提供了一条路径，但现在预测临床获益还为时过早。这一想法需要剂量探索研究、重复暴露研究，以及与现有治疗的比较。不需要手术的设备可能有用，但侵入性更小并不等于没有风险。

更广泛的启示，是要围绕医疗电子设备的完整生命周期进行设计。在许多消费电子产品中，电池被期待比产品本身活得更久。而在瞬态医疗领域，目标恰好相反：设备应完成一项明确任务，然后尽可能少地留下长期材料。这种设计目标的变化，会同时影响化学体系、封装、电子元件、软件、临床流程和环境评估。

目前最有力、也最站得住脚的结论，是麻省理工学院牵头的团队已经在猪体内展示：可生物吸收的镁—三氧化钼电池能够提供足够且受控的电力，用于胶囊级别的通信和胃部刺激，并在一段时间后逐渐降解。这是有用的进展，因为它处理了可吞咽医疗设备中的一个实际薄弱点。接下来的里程碑并不戏剧化，却更重要：规模更大、条件更多样的动物研究，整套设备的完全可降解性，可重复的制造工艺，毒理学评估，监管审查，以及经过谨慎设计的人体试验。如果这些步骤顺利完成，一块会消失的电池或许能让某些医疗胶囊更安全、更简单。在那之前，它仍是一种令人鼓舞的工程平台，而不是已经完成的治疗方案。

来源

本文事实主要依据《Nature Chemical Engineering》发表于2026年9月21日的研究论文《Bioresorbable batteries for transient ingestible bioelectronics》，并参考麻省理工学院新闻报道《Batteries that safely break down in the GI tract could improve ingestible devices》。背景信息还参考《Nature News》的《Edible batteries power medical devices in the body》，以及《Advanced Functional Materials》经PubMed Central收录的综述《Powering Implantable and Ingestible Electronics》。

研究论文：https://www.nature.com/articles/s44286-026-00443-7

麻省理工学院新闻：https://news.mit.edu/2026/batteries-safely-break-down-in-gi-tract-could-improve-ingestible-devices-0921

Nature News：https://www.nature.com/articles/d41586-026-02987-3

背景综述：https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC8553224/