文章核心观点 - 浙江大学研究团队成功开发出一种新型可降解柔性生物水凝胶电池 该电池解决了传统电池在生物医学植入应用中的生物相容性差和不可生物降解等关键问题 为组织再生刺激和心脏起搏等生物医学应用提供了创新性的供电解决方案 [3][5][6] 技术突破与产品特性 - 该生物水凝胶电池采用光聚合3D打印技术制造 打印精度高达50微米 其拉伸应变和压缩率分别达到200%和95% 机械性能与生物组织高度匹配 [3][7] - 电池以导电离子型硫酸软骨素甲基丙烯酰酯-明胶甲基丙烯酰酯水凝胶为电解质和结构支撑 以InGa3-Cu纳米颗粒为电极 具备卓越的生物相容性 [6] - 电池在1.5伏特电压下能维持0.001至6毫安的稳定电流 并具备双电流工作模式：微电流（0.001-1毫安）可促进组织再生 高电流（1-6毫安）可实现有效心脏起搏 [3][7] - 其工作原理是在内部离子梯度驱动下 电极纳米颗粒自发降解释放自由离子以产生电流 实现了在降解期间的稳定供电 [7] 行业背景与需求 - 传统电池存在生物相容性差、不可生物降解、刚性和质量大等问题 在体内可能造成组织损伤并引发长期毒性效应 严重限制了其在生物医学电子植入物中的应用 [3][5] - 水凝胶因其与生物组织相似的结构和功能 以及出色的生物相容性、柔软性和可调机械性能 在生物工程领域潜力巨大 但将其与能源功能整合是一大挑战 [5] - 开发兼具高能量密度、生物相容性和体内可降解性的电池 已成为生物工程领域满足柔性适应和长期性能要求的关键挑战 [5][6]

生物水凝胶电池技术突破 - 首次通过光聚合-3D打印方法开发可降解生物水凝胶电池 采用导电离子甲基丙烯酰化硫酸软骨素-甲基丙烯酰化明胶水凝胶和InGa3-Cu纳米颗粒作为电源[4] - 在1.5V电压下可靠输出0.001-6毫安电流 支持微电流驱动组织再生和高电流驱动心脏起搏[4] - 具备50微米高打印精度 拉伸应变和压缩率分别达200%和95% 与生物组织机械性能匹配[8] 传统电池局限性 - 传统电池存在刚性、毒性和不可降解特性 难以适应人体灵活多变环境[3] - 不可降解金属基电池会在体内积聚引发长期毒性作用 生物相容性差且质量大[7] 水凝胶技术优势与应用挑战 - 水凝胶结构与生物组织相似 具有出色生物相容性、柔软性和可调机械性能[6] - 镓基液态金属与水凝胶结合提高电导率和机械性能 但能源领域应用探索有限[6] - 当前能量转换存储系统难以满足灵活适应和长期性能要求[7] 技术性能参数 - 生物水凝胶电池采用InGa3-Cu纳米颗粒作为电极 在降解期间产生稳定电流[7] - 在内部离子梯度驱动下 可维持1.5V电压下0.001-6毫安的稳定电流输出[7] - 双电流模式运行：微电流（0.001-1毫安）促进组织再生 高电流（1-6毫安）实现心脏起搏[8]