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细菌造的电池 硬币大小却能精准调控神经血压
2025年06月11日 11:37:46
来源：化工仪器网 作者：小王 点击量：6554
近日，中国科学院深圳先进技术研究院定量合成生物学全国重点实验室研究员钟超团队联合中国科学院深圳先进技术研究院集成所神经工程中心研究员刘志远团队、深圳大学博士王任衡团队，成功用3D打印活体水凝胶技术，研制出了仅硬币大小的微型便携式微生物燃料电池。为该领域带来重要突破。
植入式医疗设备的发展为医疗行业的进步提供了新的方向，在临床医学中，使用植入式医疗设备对患者进行治疗以及医疗检测，被认为是现代医学的一次重要突破。然而现阶段，植入式医疗设备仍处于发展初期，许多设备在性能或者实用性方面，还存在需要优化的点。尤其是心脏起搏器、人工耳蜗、神经刺激器等设备，由于需要在人体内长期稳定运行，并且依赖电池进行供电，因此很大程度上受限于电池性能本身。
近日，中国科学院深圳先进技术研究院定量合成生物学全国重点实验室研究员钟超团队联合中国科学院深圳先进技术研究院集成所神经工程中心研究员刘志远团队、深圳大学博士王任衡团队，成功用3D打印活体水凝胶技术，研制出了仅硬币大小的微型便携式微生物燃料电池。为该领域带来重要突破。
利用电活性微生物构建的生物电池具有优越的环境适应性及生物兼容性，因此在生理环境监测、组织整合、植入式设备供电等领域展现出独特优势，近几年受到高度关注。但是该类电池功率密度普遍较低。因此，实现设备的微型化和便携性，能够推动该技术对于毫瓦级能量需求设备的适用性。
而此次科研团队研究的微型便携式微生物燃料电池直径仅20毫米、高度仅3.2毫米，在此基础上创新性的整合了生物电刺激装置，能够通过刺激神经元实现了对电生理和血压的精准调节，为生物电子装置的集成化和标准化发展奠定了理论和实践基础，也为后续可持续能源的开发与应用提供了创新性解决方案。
根据中科院深圳先进技术研究院公开的相关资料，研究人员在该新型燃料电池中融入了诸多“小心思”。
研究团队将希瓦氏菌作为材料，由于希瓦氏菌本身被膜的储能模量大于损耗模量，呈现出弹性固体状水凝胶的特性，因此团队将其开发为能够进行3D打印的活体水凝胶材料。并通过将其封装在10%的藻酸盐水凝胶中，来确保其在生物装置制造和后续使用过程中的活力。此外，为了加粘度，研究人员在还在水凝胶中添加了纳米纤维素，并引入了0.05%的氧化石墨烯，赋予了材料更好的导电性与粘弹性。电池的阴极材料则是被装在藻酸盐水凝胶中的铁氰化钾。
研究人员利用活体水凝胶作为生物阳级墨水，含有铁氰化钾的海藻酸盐水凝胶作为阴极墨水，全氟磺酸隔膜作为离子交换膜，最终构建了直径仅20毫米的微型便携式微生物燃料电池。电池的发电源于水凝胶内细菌的代谢活动，在细菌生长10小时后，生物电池能够达到450毫伏的电压。并且具备自充电能力。
性能测试表明，这种生物电池具备出色的循环稳定性，并且安全性也高于传统微型电池，并且已经可以满足低功耗设备的供电需求。
而未来，团队将继续在该领域寻求新的可能，尝试开发基于活体水凝胶的植入式生物电池，利用人体血糖作为持续能源，实现医疗设备的自供能运行。还将通过优化菌种选择、改进材料配方和精细调控电池结构等方式，进一步提升生物电池性能。
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