化工儀器網(wǎng)手機版
移動端訪問更便捷
細菌造的電池 硬幣大小卻能精準調(diào)控神經(jīng)血壓
2025年06月11日 11:37:46
來源：化工儀器網(wǎng) 作者：小王 點擊量：6082
近日，中國科學院深圳先進技術研究院定量合成生物學全國重點實驗室研究員鐘超團隊聯(lián)合中國科學院深圳先進技術研究院集成所神經(jīng)工程中心研究員劉志遠團隊、深圳大學博士王任衡團隊，成功用3D打印活體水凝膠技術，研制出了僅硬幣大小的微型便攜式微生物燃料電池。為該領域帶來重要突破。
植入式醫(yī)療設備的發(fā)展為醫(yī)療行業(yè)的進步提供了新的方向，在臨床醫(yī)學中，使用植入式醫(yī)療設備對患者進行治療以及醫(yī)療檢測，被認為是現(xiàn)代醫(yī)學的一次重要突破。然而現(xiàn)階段，植入式醫(yī)療設備仍處于發(fā)展初期，許多設備在性能或者實用性方面，還存在需要優(yōu)化的點。尤其是心臟起搏器、人工耳蝸、神經(jīng)刺激器等設備，由于需要在人體內(nèi)長期穩(wěn)定運行，并且依賴電池進行供電，因此很大程度上受限于電池性能本身。
近日，中國科學院深圳先進技術研究院定量合成生物學全國重點實驗室研究員鐘超團隊聯(lián)合中國科學院深圳先進技術研究院集成所神經(jīng)工程中心研究員劉志遠團隊、深圳大學博士王任衡團隊，成功用3D打印活體水凝膠技術，研制出了僅硬幣大小的微型便攜式微生物燃料電池。為該領域帶來重要突破。
利用電活性微生物構建的生物電池具有優(yōu)越的環(huán)境適應性及生物兼容性，因此在生理環(huán)境監(jiān)測、組織整合、植入式設備供電等領域展現(xiàn)出獨特優(yōu)勢，近幾年受到高度關注。但是該類電池功率密度普遍較低。因此，實現(xiàn)設備的微型化和便攜性，能夠推動該技術對于毫瓦級能量需求設備的適用性。
而此次科研團隊研究的微型便攜式微生物燃料電池直徑僅20毫米、高度僅3.2毫米，在此基礎上創(chuàng)新性的整合了生物電刺激裝置，能夠通過刺激神經(jīng)元實現(xiàn)了對電生理和血壓的精準調(diào)節(jié)，為生物電子裝置的集成化和標準化發(fā)展奠定了理論和實踐基礎，也為后續(xù)可持續(xù)能源的開發(fā)與應用提供了創(chuàng)新性解決方案。
根據(jù)中科院深圳先進技術研究院公開的相關資料，研究人員在該新型燃料電池中融入了諸多“小心思”。
研究團隊將希瓦氏菌作為材料，由于希瓦氏菌本身被膜的儲能模量大于損耗模量，呈現(xiàn)出彈性固體狀水凝膠的特性，因此團隊將其開發(fā)為能夠進行3D打印的活體水凝膠材料。并通過將其封裝在10%的藻酸鹽水凝膠中，來確保其在生物裝置制造和后續(xù)使用過程中的活力。此外，為了加粘度，研究人員在還在水凝膠中添加了納米纖維素，并引入了0.05%的氧化石墨烯，賦予了材料更好的導電性與粘彈性。電池的陰極材料則是被裝在藻酸鹽水凝膠中的鐵氰化鉀。
研究人員利用活體水凝膠作為生物陽級墨水，含有鐵氰化鉀的海藻酸鹽水凝膠作為陰極墨水，全氟磺酸隔膜作為離子交換膜，最終構建了直徑僅20毫米的微型便攜式微生物燃料電池。電池的發(fā)電源于水凝膠內(nèi)細菌的代謝活動，在細菌生長10小時后，生物電池能夠達到450毫伏的電壓。并且具備自充電能力。
性能測試表明，這種生物電池具備出色的循環(huán)穩(wěn)定性，并且安全性也高于傳統(tǒng)微型電池，并且已經(jīng)可以滿足低功耗設備的供電需求。
而未來，團隊將繼續(xù)在該領域?qū)で笮碌目赡?，嘗試開發(fā)基于活體水凝膠的植入式生物電池，利用人體血糖作為持續(xù)能源，實現(xiàn)醫(yī)療設備的自供能運行。還將通過優(yōu)化菌種選擇、改進材料配方和精細調(diào)控電池結構等方式，進一步提升生物電池性能。
相關閱讀 Related Reading
查看更多+-
近期，中國科學院合肥物質(zhì)科學研究院固體物理研究所研究員胡林華團隊在水系鋅離子電池凝膠電解質(zhì)研究方面取得新進展。研究人員采用了親鋅增...2025-06-25 10:50:56
-
近日，中國科學院大連化學物理研究所研究人員研發(fā)出厚度僅為3微米的高穩(wěn)定性超薄聚合物膜材料，將全釩液流電池的工作電流密度提升至300...2025-06-23 11:42:52
-
大連物化所發(fā)現(xiàn)光電-熱電耦合效應可提升太陽電池效率
大連化學物理研究所太陽能研究部(DNL16)李燦院士團隊提出了光電-熱電雙效應耦合的思路，并發(fā)現(xiàn)了光伏效應與熱電效應的耦合機制，實...2025-06-19 13:45:14 -
鈣鈦礦太陽能電池穩(wěn)定性再獲突破 昆明理工大學帶來全新成果
，昆明理工大學材料科學與工程學院陳江照教授和何冬梅教授團隊在高性能鈣鈦礦太陽能電池領域取得重要進展，成功在鈣鈦礦太陽能電池穩(wěn)定性上...2025-06-17 17:23:32 -
1－4月全國鋰電池總產(chǎn)量超過473GWh，同比增長68%
根據(jù)鋰電池行業(yè)規(guī)范公告企業(yè)信息和行業(yè)協(xié)會測算，1－4月全國鋰電池總產(chǎn)量超過473GWh，同比增長68%。2025-06-16 11:14:52
版權與免責聲明
- ①凡本網(wǎng)注明“來源：化工儀器網(wǎng)”的所有作品，均為浙江興旺寶明通網(wǎng)絡有限公司-化工儀器網(wǎng)合法擁有版權或有權使用的作品，未經(jīng)本網(wǎng)授權不得轉(zhuǎn)載、摘編或利用其他方式使用上述作品。已經(jīng)本網(wǎng)授權使用作品的，應在授權范圍內(nèi)使用，并注明“來源：化工儀器網(wǎng)”。違反上述聲明者，本網(wǎng)將追究其相關法律責任。
- ②本網(wǎng)轉(zhuǎn)載并注明自其他來源（非化工儀器網(wǎng)）的作品，目的在于傳遞更多信息，并不代表本網(wǎng)贊同其觀點和對其真實性負責，不承擔此類作品侵權行為的直接責任及連帶責任。其他媒體、網(wǎng)站或個人從本網(wǎng)轉(zhuǎn)載時，必須保留本網(wǎng)注明的作品第一來源，并自負版權等法律責任。
- ③如涉及作品內(nèi)容、版權等問題，請在作品發(fā)表之日起一周內(nèi)與本網(wǎng)聯(lián)系，否則視為放棄相關權利。
