韦德体育 -仅硬币大小！可循环供电活体电池实现精准血压调控—新闻—科学网

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2025-05-09 12:19:47

生物电池也被称为微生物燃料电池，是一种使用电活性微生物的代谢勾当来发电的新型生物能源装配，这类“活体电池”具有超强的情况顺应性及优良的生物相容性，于心理监测、植入式医疗装备供电、解决可连续能源供给等方面阐扬了主要作用。经由过程微型化及便携化革新，微生物电池有望为智能腕表、心脏起搏器等毫瓦级低功耗装备提供电力撑持。

近日，中国科学院深圳进步前辈技能研究院（如下简称深圳进步前辈院）定量合成生物学天下重点试验室钟超团队结合深圳进步前辈院集成所神经工程中央刘志远团队、深圳年夜学王任衡团队于《进步前辈质料》上发表最新研究结果。他们使用3D打印活体水凝胶技能，乐成研制出直径仅20毫米的微型便携衰落生物燃料电池，立异性地整合了生物电刺激装配，经由过程刺激神经元实现了对于电心理及血压的精准调治，于疾病医治方面有较年夜运用潜力。该研究鞭策了便携式生物器件的成长，拓展了活体能源质料的研究前沿。

生物电池实拍图。研究团队供图

跨学科开发可轮回供能的生物电池

于该研究中，研究团队基在希瓦氏菌，开发了一种立异的3D打印活体水凝胶质料，这类生物质料具备怪异的弹性特征，使其可以或许经由过程3D打印技能形成包括邃密的蜘蛛网状、叶片状等涵盖一维到三维的繁杂布局。为确保微生物于装配中连结活性，研究职员起首将处在溶液状况的微生物封装于藻酸盐水凝胶中，并经由过程添加纳米纤维素、氧化石墨烯对于系统举行优化，显著晋升了质料的机械强度及导电机能。

设计并建造生物电池需要交融多学科常识，触及合成生物学、质料科学及生物医学等范畴。为此，钟超团队基在冲破性质料，与深圳进步前辈院集成所神经工程中央研究员刘志远团队互助，配合开发微型生物电池体系。

受传统锂电池制造技能开导，研究团队采用阴阳极分散的优化设计：以活体水凝胶作为“阳极”，含铁氰化钾的藻酸盐水凝胶作为“阴极”，经由过程3D打印技能制备出高机能电极布局，终极乐成构建了直径仅20毫米的微型生物电池体系。

试验成果注解，这块微型电池可不变输出450毫伏电压，并实现长达10次完备的“自充电-放电”的供能轮回。论文通信作者钟超暗示：“电池供能轮回竣事后，细菌存活率高达97%，且持续运行100小时后仍连结90%以上的高存活率，这充实证实了其优秀的生物相容性。”

进一步的机能测试注解，生物电池具备精彩的轮回不变性，能量丧失极低，同时彻底防止了传统电池中钴、锂等稀缺金属以和有毒电解质的利用，于环保方面具备显著上风。只管其当前能量密度（0.008瓦时每一升）及功率密度（8.31微瓦每一平方厘米）较贸易锂离子电池仍有差距，但已经基本满意低功耗装备的供电需求。

实现精准血压调控

“研究需要冲破‘纸面立异’，同时要找到切实可行的运用场景。”论文第一作者、深圳进步前辈院副研究员王新宇先容，只管生物电池的技能观点新奇，但存于功率及输出电压颠簸（受细菌活性影响）两年夜局限，使患上生物电池难以胜任需要连续不变供电的场景。

基在这些特征，团队对准了瞬时神经刺激这一精准医疗范畴——经由过程集成电容器体系实现电能的精准调控，乐成开发出合用在神经调控的生物电池运用方案。

年夜鼠坐骨神经刺激试验成果显示，跟着生物电池输出强度的梯度增长，诱发的动作电位及肌电旌旗灯号幅度出现显著剂量依靠性加强。此外，经由过程调治生物电池的输出，年夜鼠血压乐成呈现较着降落，紧缩压（高压）降低23.5%，舒张压（低压）降低18.7%。刺激住手后，年夜鼠血压自立恢复基线程度。

这些数据不仅验证了生物电池于神经干涉干与医治中的有用性，更展现其怪异上风——细菌代谢的天然颠簸特征反而与瞬时神经刺激的需求高度契合，为高血压等疾病的精准神经调控提供了立异解决方案。

据王新宇先容，团队将来规划开发基在活体水凝胶的植入式生物电池，使用人体血糖作为连续能源，实现医疗装备的自供能运行。这项研究不仅表现了合成生物学与质料科学的交织立异，也为成长情况友爱的可连续能源技能提供了新思绪，于医疗植入装备及情况监测传感器等范畴揭示出主要运用远景。将来，研究团队还有将经由过程优化菌种选择、改良质料配方及邃密调控电池布局，晋升生物电池机能，鞭策该技能向现实运用转化。

相干论文信息：

https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adma.202419249

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