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    新型可植入生物電子電源:高可靠性和高能量密度生物相容性對稱鈉離子微電池

     
    發布日期:2018-11-22
     

    神經和心血管疾病的快速發展需要植入性醫療設備(IMDs)的創新。多種IMDs已應用于心臟起搏器、微刺激器、心臟復律除顫器、藥物遞送微芯片、人工耳蝸植入等現代臨床診斷和治療。高可靠、低毒性、高能量的動力源驅動對于IMDs長期的體內診斷和治療有著很高的要求。目前,IMDs的植入式電源主要包括鋰電池、鋅電池、鎂電池等,其穩定連續的電能輸出使其在慢性病治療設備中的應用成為可能。然而,目前大多數植入式電池包括堅硬的金屬外殼,它們將有毒/有害化學物質封裝在電極和電解質中,防止它們與身體接觸。同時,堅固的外殼會產生額外的惰性重量,為可植入電池建立剛性結構,從而導致其體積更大,能量密度更低,安全性更低。這種電池用在IMDs中,當長期植入人體時會大大增加感染和炎癥風險。因此,迫切需要探索低毒性、高可靠性、體積小的新型植入式電源,以推動IMDs的發展。

    近日,研究者構建了一種具有自支撐結構、高安全性和高能量存儲能力的生物相容性對稱鈉離子微電池,并在IMDs中得到了應用。在這項工作中,作者采用靜電紡絲、靜電噴霧、碳化相結合的方法構建了球形網絡結構的薄膜電極。靜電紡絲和靜電噴霧技術的相結合使活性物質/碳球均勻地加入到碳納米纖維基體中,從而產生了結構穩定、電子/離子傳輸速度快、負載量高的電極。柔性微電池是基于交叉數字化微電極和生物相容電解質制備而成,為生物電子技術提供了一種新的可植入電源。對稱鈉離子微電池是由基于Na2VTi(PO4)3的雙功能電極和生物相容電解質構成的。將高容量保持(98%以上)和高穩定性的微電池植入一只活SD大鼠體內一個月,進一步證明了其長期體內診斷的高可靠性。因此,該研究為開發高可靠性、高能量密度的可植入生物電子電源提供了新的思路。相關研究成果以“Biocompatible Symmetric Na-ion MicroBatteries with SphereIn-NetworkHeteronanomat Electrodes realizing High Reliability and High Energy Density for Implantable Bio-Electronics”為題發表于ACS Appl. Mater. Interfaces 期刊上。

     
     
     

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