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、qinglizizaishengwudianjineiyanzheyutiyeyoujiwukuosanxiangfandefangxiangchuandi，dianzizetongguowaidianludaodayinjixingchengshengwudianliu，yutongguoziranduiliuhuorongjiezaitiyezhongdeyangqi、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、拉la伸shen等deng柔rou性xing環huan境jing。在zai此ci環huan境jing下xia，電dian池chi的de實shi際ji功gong率lv和he能neng量liang密mi度du低di於yu非fei柔rou性xing狀zhuang態tai，更geng重zhong要yao的de是shi電dian池chi功gong率lv輸shu出chu波bo動dong加jia劇ju
，壽shou命ming縮suo短duan。此ci外wai，在zai人ren體ti運yun動dong過guo程cheng中zhong，傳chuan統tong的de結jie構gou設she計ji使shi電dian池chi與yu人ren體ti組zu織zhi力li學xue性xing能neng失shi配pei，這zhe會hui引yin起qi組zu織zhi損sun傷shang和he感gan染ran等deng問wen題ti。因yin此ci，他ta們men希xi望wang設she計ji一yi種zhong生sheng物wu相xiang容rong性xing好hao、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。

“動dong物wu實shi驗yan顯xian示shi
，該gai電dian池chi不bu僅jin可ke以yi通tong過guo生sheng物wu酶mei在zai動dong物wu體ti內nei產chan生sheng電dian

，而er且qie具ju有you極ji其qi優you異yi的de生sheng物wu相xiang容rong性xing。我wo們men與yu重zhong慶qing醫yi科ke大da學xue開kai展zhan醫yi工gong交jiao叉cha合he作zuo，進jin行xing了le全quan麵mian的de生sheng物wu相xiang容rong性xing測ce試shi，包bao括kuo對dui大da鼠shu體ti重zhong、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。

lingwai，tamenhaijiangshejihedajianshengwudianyuanxitong，shimeiranliaodianchijubeichuangangongneng，shixianduirentijiankangdeshishiganzhihejingquefankui。tamenxiwangjiangzhenggedianyuanxitongjinyibushipeizaidianzipifu、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。