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智能無(wú)線傳感器在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域蓬勃興起，它能檢測(cè)人體內(nèi)狀況并傳輸圖像、刺激傷口愈合、智能給藥。由于受到體外電池供電影響，這些設(shè)備只能埋在皮膚表層。塔夫茨大學(xué)(Tufts University)Fiorenzo G. Omenetto 與伍倫貢大學(xué)（University of Wollongong）Gordon G. Wallace研究團(tuán)隊(duì)合作，由柔軟的絲綢薄膜制備出柔性電池，即可以為電子設(shè)備供電，還可以在體內(nèi)降解，為智能傳感器在體內(nèi)應(yīng)用提供了新方案。該文章發(fā)表在《ACS Energy Letters》上。

蠶絲蛋白（SF）是一種天然存在的可生物降解蛋白質(zhì)，在醫(yī)用仿生領(lǐng)域?qū)儆诰W(wǎng)紅級(jí)選手。由于它能捕獲或穩(wěn)定化學(xué)物質(zhì)及生物活性分析，進(jìn)而賦予蠶絲蛋白新功能，研究人員將蠶絲蛋白與同樣具有生物相容性的離子液體(IL)硝酸膽堿([Ch][NO3])混合,將硝酸膽堿固定，制成離子導(dǎo)電膜(SF-[Ch][NO3])，作為電池電解質(zhì)（圖1）。Mg及其合金（包括AZ31）作為公認(rèn)的可生物降解電池陽(yáng)極沉積在蠶絲蛋白膜上作為電池陽(yáng)極（AZ31-SF; 圖2 a），Au納米顆粒沉積在蠶絲蛋白膜上作為電池陰極（Au-SF; 圖2 a）。為保護(hù)電池陰陽(yáng)極及電解質(zhì)，研究人員將非結(jié)晶蠶絲膜制成膠框封裝在兩個(gè)電極膜之間。膠框?yàn)橹锌战Y(jié)構(gòu)，外部與上下電極薄膜大小一致，內(nèi)部開(kāi)口尺寸遠(yuǎn)大于電池的陰陽(yáng)兩極和導(dǎo)電薄膜，形成小型空氣袋，即便封裝后，也能為陰極反應(yīng)提供氧氣（圖2 a）。

圖1 離子導(dǎo)電膜制作過(guò)程

郵票大小的170μm厚的可生物降解電池電壓為0.87V，其功率可以滿(mǎn)足植入式智能傳感器，同時(shí)AZ31的厚度與電池放電時(shí)間呈正相關(guān)（圖2 b）。通過(guò)在封裝電池頂部添加的蠶絲膜保護(hù)層，可延長(zhǎng)電池電壓的穩(wěn)定性（圖2 c）。該裝置在蛋白酶緩沖液中45天后幾乎完全分解，僅留下惰性的金納米顆粒（圖2 d）,生物安全性高。如果SF-Au膜可進(jìn)一步降解至幾百納米，那么金納米顆粒最終可通過(guò)腎臟排出體外。

圖2 封裝可生物降解電池的器件結(jié)構(gòu)，放電性能和生物降解過(guò)程。

毋庸置疑，具有生物相容性和可生物降解得柔性電池將為智能無(wú)線傳感設(shè)備的能源問(wèn)題提供新的解決方案。

參考文獻(xiàn)：

Jia, X.; Wang, C.; Ranganathan, V.; Napier, B.; Yu, C.; Chao, Y.; Forsyth, M.; Omenetto, F. G.; MacFarlane, D. R.; Wallace, G. G., A Biodegradable Thin-Film Magnesium Primary Battery Using Silk Fibroin–Ionic Liquid Polymer Electrolyte. ACS Energy Letters, 2017, 2 (4), 831-836.