让电池更安全的新方法

每年，近4000名儿童在吞下纽扣电池后前往急诊室，纽扣电池是为玩具、助听器、计算器和许多其他设备供电的扁平圆形电池。摄入这些电池会产生严重后果，包括永久性损伤食道的烧伤、消化道撕裂，在某些情况下甚至死亡。

为了帮助防止这种伤害，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法，在电池上涂上一种特殊材料，防止电池在吞咽后导电。在动物试验中，他们发现这种电池根本不会损伤胃肠道。

David H。麻省理工学院科赫研究所教授，麻省理学院科赫综合癌症研究所、医学工程与科学研究所（IMES）和化学工程系成员。

兰格和哈佛医学院和布莱根妇女医院的医学副教授杰弗里·卡普是本周《美国国家科学院院刊》上一篇描述新型电池涂层的论文的资深作者。该论文的主要作者是前IMES博士后Bryan Laulicht和科赫研究所研究员、MGH胃肠病学家Giovanni Traverso。

小电池，大危险

每年生产约50亿个纽扣电池，这些电池的功率越来越大，如果被吞下，会更加危险。在美国，最近的立法强制要求在包装上贴上警告标签，一些玩具必须有只能用螺丝刀打开的电池外壳。然而，卡普说，目前还没有技术创新来提高电池本身的安全性。

当电池被吞下时，它们开始与水或唾液相互作用，产生电流，产生氢氧化物，这是一种腐蚀性离子，会损伤组织。这可能会在几个小时内造成严重伤害，尤其是如果父母没有立即意识到孩子吞下了电池。

Traverso说：“食道中的椎间盘电池需要（紧急）内窥镜切除。”。“这代表了胃肠道紧急情况，因为电池一接触到组织，组织就会开始损伤，产生电流并导致化学灼伤。”

研究小组开始考虑如何改变电池，使其不会在人体内产生电流，但仍能为设备供电。他们知道，当电池在他们的外壳内时，他们会受到轻微的压力。为了利用这一点，他们决定在电池上涂上一种材料，这种材料可以使电池在压力下导电，但在电池没有被压缩时可以起到绝缘体的作用。

量子隧道复合材料（QTC）是一种常用于计算机键盘和触摸屏的现成材料，非常符合要求。QTC是一种橡胶状材料，通常由硅树脂制成，嵌入金属颗粒。在正常情况下，这些粒子相距太远，无法传导电流。然而，当受到挤压时，粒子会靠得更近并开始导电。这使得QTC可以根据其承受的压力从绝缘体切换到导体。

为了验证这种涂层是否能防止组织损伤，研究人员首先计算了电池在消化道内的压力，消化道的运动，即蠕动，有助于食物的移动。他们计算出，即使在一种名为“胡桃夹子食管”的罕见疾病患者身上发现的尽可能高的力下，QTC涂层电池也不会导电。

Laulicht说：“你想知道可能施加的最大力是多少，你想确保电池的导电性仅高于该阈值。”。“我们觉得，一旦我们远高于这些水平，这些涂层就会原封不动地通过胃肠道。”

计算完成后，研究人员对猪食道中的涂层电池进行了监测，没有发现任何损伤迹象。

“一个相对简单的解决方案”

由于QTC相对便宜，并且已经在其他消费品中使用，研究人员认为电池公司可以很容易地实施这种涂层。他们现在正在开发一种可扩展的涂层电池制造方法，并寻找有兴趣采用这种方法的公司。

“我们真的很有兴趣尝试强加设计标准