團隊通過靜電紡絲法製備生物相容性優異的熱塑性聚氨酯橡膠（TPU）纖維
，將其紡織成柔性可拉伸基底
，並將共價結合的碳納米管和葡萄糖氧化酶混合物泵入TPU柔性基底的表麵和內部

，構建酶燃料電池生物陽極
，用來催化體液中的葡萄糖。

◎本報記者 雍 黎

5月16日ri，科ke技ji日ri報bao記ji者zhe從cong重zhong慶qing大da學xue獲huo悉xi，能neng源yuan與yu動dong力li工gong程cheng學xue院yuan廖liao強qiang教jiao授shou團tuan隊dui和he重zhong慶qing醫yi科ke大da學xue戴dai紅hong衛wei教jiao授shou團tuan隊dui合he作zuo采cai用yong靜jing電dian紡fang絲si技ji術shu開kai發fa了le一yi種zhong植zhi入ru式shi酶mei燃ran料liao電dian池chi。該gai電dian池chi在zai大da鼠shu體ti內nei可ke經jing受shou拉la伸shen、扭轉和彎折等柔性工況，並可穩定供能超過一周。相關研究成果近日發表在國際知名期刊《先進功能材料》上。

彎折拉伸可降低酶燃料電池功率和壽命

酶燃料電池是一種以酶為催化劑，將人體體液中有機物儲存的化學能直接轉化成電能的發電裝置
，是一種極具應用前景的可穿戴、可植入生物電源技術。

酶燃料電池是這樣工作的——含生物可降解有機物的汗液、尿液等人體體液流過生物電極發生生物電催化反應產生代謝物、電子
、氫離子等；代謝物、氫(qing)離(li)子(zi)在(zai)生(sheng)物(wu)電(dian)極(ji)內(nei)沿(yan)著(zhe)與(yu)體(ti)液(ye)有(you)機(ji)物(wu)擴(kuo)散(san)相(xiang)反(fan)的(de)方(fang)向(xiang)傳(chuan)遞(di)
，電(dian)子(zi)則(ze)通(tong)過(guo)外(wai)電(dian)路(lu)到(dao)達(da)陰(yin)極(ji)形(xing)成(cheng)生(sheng)物(wu)電(dian)流(liu)
，與(yu)通(tong)過(guo)自(zi)然(ran)對(dui)流(liu)或(huo)溶(rong)解(jie)在(zai)體(ti)液(ye)中(zhong)的(de)氧(yang)氣(qi)、氫離子反應生成水，最終形成閉合回路。

相比於其他微納供能體係
，酶燃料電池具有催化劑可再生
、工作條件溫和、功率密度高等優點，能夠為低功耗可穿戴、可植入健康監測設備長期、穩定供電。

“對酶燃料電池的柔性化與全麵生物相容性的評估是實現商業化的前提。”團隊成員、重慶大學能源與動力工程學院副教授楊揚介紹，國內外現有的研究忽視了酶燃料電池會處在瞬間或反複作用的彎折、扭轉
、lashendengrouxinghuanjing。zaicihuanjingxia，dianchideshijigonglvhenengliangmidudiyufeirouxingzhuangtai
，gengzhongyaodeshidianchigonglvshuchubodongjiaju，shoumingsuoduan。ciwai
，zairentiyundongguochengzhong
，chuantongdejiegoushejishidianchiyurentizuzhilixuexingnengshipei，zhehuiyinqizuzhisunshangheganrandengwenti。yinci，tamenxiwangshejiyizhongshengwuxiangrongxinghao
、可拉伸、柔性的綠色生物電源裝置。

賦予植入式酶燃料電池更大柔性更高強度

楊揚介紹，他們通過靜電紡絲法製備生物相容性優異的熱塑性聚氨酯橡膠（TPU）纖維，將其紡織成柔性可拉伸基底，並將共價結合的碳納米管和葡萄糖氧化酶混合物泵入TPU柔性基底的表麵和內部，構建酶燃料電池生物陽極
，用來催化體液中的葡萄糖。這種生物電極結構不僅可以緩解彎折、扭轉、拉伸帶來的急劇性能衰減
，而且能在電池工作過程中為酶催化劑提供良好的催化微環境。

單個植入式酶燃料電池裝置中的電極采用緊湊的平麵布置方式，電池大小僅為兩平方厘米，厚度不到200微米。該電池拉伸強度可達5.7兆帕，最大應變可達557.3%，滿(man)足(zu)植(zhi)入(ru)人(ren)體(ti)皮(pi)下(xia)的(de)機(ji)械(xie)匹(pi)配(pei)需(xu)求(qiu)，並(bing)且(qie)在(zai)反(fan)複(fu)拉(la)伸(shen)和(he)長(chang)時(shi)間(jian)放(fang)置(zhi)條(tiao)件(jian)下(xia)依(yi)然(ran)表(biao)現(xian)出(chu)優(you)異(yi)的(de)力(li)學(xue)性(xing)能(neng)。在(zai)動(dong)物(wu)實(shi)驗(yan)中(zhong)
，團(tuan)隊(dui)將(jiang)該(gai)電(dian)池(chi)植(zhi)入(ru)到(dao)大(da)鼠(shu)皮(pi)下(xia)
，在(zai)一(yi)周(zhou)內(nei)電(dian)池(chi)的(de)開(kai)路(lu)電(dian)壓(ya)穩(wen)定(ding)在(zai)0.45伏左右，在大鼠運動過程中

，電池性能也依然能保持穩定。

“dongwushiyanxianshi，gaidianchibujinkeyitongguoshengwumeizaidongwutineichanshengdian，erqiejuyoujiqiyouyideshengwuxiangrongxing。womenyuzhongqingyikedaxuekaizhanyigongjiaochahezuo
，jinxinglequanmiandeshengwuxiangrongxingceshi，baokuoduidashutizhong
、植入部位的愈合過程及組織學圖像、肝功能

、腎功能
、主要髒器組織學圖像的觀察，並未發現局部的炎症和全身異常。”楊揚說。

他表示
，未來他們將進一步結合微觀傳遞理論
，通過研究在微小空間下，工作在非均勻力學環境的柔性電源的內部物質傳遞、流體流動規律，將微觀傳遞理論與生物力學、微機械工程等學科進行交叉，提高生物電極在真實生物環境下的催化反應效率，進而提高電池的輸出功率和產電穩定性。

另(ling)外(wai)，他(ta)們(men)還(hai)將(jiang)設(she)計(ji)和(he)搭(da)建(jian)生(sheng)物(wu)電(dian)源(yuan)係(xi)統(tong)，使(shi)酶(mei)燃(ran)料(liao)電(dian)池(chi)具(ju)備(bei)傳(chuan)感(gan)功(gong)能(neng)
，實(shi)現(xian)對(dui)人(ren)體(ti)健(jian)康(kang)的(de)實(shi)時(shi)感(gan)知(zhi)和(he)精(jing)確(que)反(fan)饋(kui)。他(ta)們(men)希(xi)望(wang)將(jiang)整(zheng)個(ge)電(dian)源(yuan)係(xi)統(tong)進(jin)一(yi)步(bu)適(shi)配(pei)在(zai)電(dian)子(zi)皮(pi)膚(fu)
、自供電生理監測裝置和治療裝置等下一代可穿戴、可植入電子設備上，並取得突破性進展。