生物电池

电鳗，素有水中“高压线”之称，其捕食猎物时可以轻松放出650 V以上的高电压。电鳗的大部分身体和重要器官都由高绝缘性的组织包裹，发电器官则分布在身体的两侧，在水中就像是一个天然的生物电池。在2017年，弗里堡大学、加利福尼亚大学和密西根大学的研究小组从鳗鱼的放电器官中获得启发，运用regenHU公司的生物3D打印技术，制作出了由多种水凝胶构成的生物电池。该电池可以放出超过100 V的电压，以及其柔软易弯曲和生物相容的特性，非常适合为心脏起搏器、植入式传感器、假肢器官等植入式仪器提供电动力。

研究人员根据电鳗发电的原理，3D打印了生物电池，如上图所示。蓝色的水凝胶中含有高浓度的NaCl溶液，而绿色和黄色的水凝胶分别具有正负离子选择性，扮演着电鳗体内离子通道的作用。当上下两层水凝胶相互接触时，正离子和负离子经由黄绿色通道朝着相反方向流动，形成电流。文献中提到，这样的612个四聚物单元可叠加形成110 V的电压，满足欧洲通用的电源电压标准。另外，为了使大量的四聚物单元可以同时发出电流，研究人员改进了各色水凝胶的排列方式，并采用折叠的方式来实现所有水凝胶同时两两接触，以此稳定并快速地产生高电压电流。

目前，3D打印生物电池的技术还远不够成熟，只能驱动手表这类的非常低能耗的电器。这类生物电池究竟能否运用于植入式生物仪器，还需要长时间的研究和实验。

文中所有图片和数据均来自文献:

Thomas, b, H, Schroeder, Anirvan, Guha, Aaron, Lamoureux, Gloria, VanRenterghem, david, Sept, max, Shtein, Jerry, Yang, &, michael, mayer. An electric-eel-inspired soft power source from stacked hydrogels[J]. NATURE, 2017, (552): 214-219

以下是仿电鳗生物电池的介绍视频：

据报道，宾厄姆顿大学的研究人员开发出了一种纺织生物电池，或将作为未来可穿戴电子产品的基础供能。由宾厄姆顿大学电气与计算机科学助理教授Seokheun Choi领导的研究人员开发了柔性电池，据说与他之前的纸基微生物燃料电池相比，其能产生的功率更大。

即使经过反复的扭转和拉伸循环，织物基电池仍具有稳定的发电能力。微生物燃料电池被一些人认为是可穿戴设备的最佳电源，因为微生物细胞可以作为生物催化剂，提供稳定的酶促反应和较长的使用寿命。即使从人类身体产生的汗水也可以作为支持细菌活力的潜在燃料。

Choi表示，未来对于灵活和可伸缩的电子设备有一个明确和迫切的需求，因其可以很容易地与各种各样的环境集成以收集实时信息。他补充说，这样的电子设备，即使是在复杂曲线形状的基质上使用，也必须可靠地进行。

可穿戴设备研发还处于初级阶段，但很容易看出这种性质的电池是如何有益的。例如，Levi's Commuter Trucker智能夹克利用可拆卸的“卡扣”来驱动夹克的高级功能。想象一下，如果将其电源直接编织到服装中，那么这样的可穿戴设备会有多好。

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宾厄姆顿大学的研究人员已经开发出一种纺织生物电池，可以作为未来可穿戴电子产品的基础。由宾厄姆顿大学电气与计算机科学助理教授Seokheun Choi领导的研究人员开发了柔性电池，据说与他之前的纸基微生物燃料电池相比，其能产生的功率更大。

即使经过反复的扭转和拉伸循环，织物基电池仍具有稳定的发电能力。微生物燃料电池被一些人认为是可穿戴设备的最佳电源，因为微生物细胞可以作为生物催化剂，提供稳定的酶促反应和较长的使用寿命。即使从人类身体产生的汗水也可以作为支持细菌活力的潜在燃料。

Choi表示，未来对于灵活和可伸缩的电子设备有一个明确和迫切的需求，因其可以很容易地与各种各样的环境集成以收集实时信息。他补充说，这样的电子设备，即使是在复杂曲线形状的基质上使用时，也必须可靠地进行。

可穿戴设备研发还处于初级阶段，但很容易看出这种性质的电池是如何有益的。例如，Levi's Commuter Trucker智能夹克利用可拆卸的“卡扣”来驱动夹克的高级功能。想象一下，如果将其电源直接编织到服装中，那么这样的可穿戴设备会有多好。

这篇名为《柔性和可拉伸生物电池：在单一纺织层中无膜微生物燃料电池的单片集成》的论文在先进能源材料》(Advanced Energy Materials)杂志上发表。

文章来源：cnbeta

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