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  近年來(lái)，可植入式電子器件取得了飛速的發(fā)展，它們能夠?qū)崿F(xiàn)精準(zhǔn)的在體健康監(jiān)測(cè)和調(diào)控、疾病治療和人工增強(qiáng)等功能，未來(lái)將會(huì)有越來(lái)越多的電子器件被植入體內(nèi)。因此，發(fā)展出與之相匹配的供能系統(tǒng)是至關(guān)重要的。到目前為止，電池仍然是可植入式電子器件的主要能量來(lái)源。然而，目前的可植入式電池大多都采用有毒且易燃的有機(jī)電解質(zhì)，當(dāng)它們被植入體內(nèi)后存在潛在的安全隱患。此外，現(xiàn)有的可植入式電池通常是剛性、塊狀的，其機(jī)械性能與柔軟的生物組織不匹配，導(dǎo)致它們只能被植入到皮下組織等有限區(qū)域，從而避免對(duì)重要組織（如大腦、心臟）的損傷。因此，亟需發(fā)展出兼具高安全性和優(yōu)異柔性的可植入式電池，從而更好地滿足可植入式電子器件的供電需求。

  近日，復(fù)旦大學(xué)彭慧勝教授團(tuán)隊(duì)報(bào)道了一種生物相容的可注射式柔性纖維電池，該電池使用碳納米管復(fù)合纖維作為電極，具有優(yōu)異的柔性和生物相容性。無(wú)需封裝的纖維電池可以通過(guò)注射器注射的方式，微創(chuàng)地植入到體內(nèi)的不同部位，并且在體內(nèi)展現(xiàn)出高達(dá)78.9 mW·cm^-3的功率密度，可以有效驅(qū)動(dòng)多種可植入式電子器件。該可注射纖維電池能夠被注射到小鼠的大腦、心臟和皮下組織中，并展現(xiàn)出了優(yōu)異的電化學(xué)性能。研究成果以“Injectable fiber battery for all-region power supply in vivo”為題，發(fā)表在國(guó)際期刊J. Mater. Chem. A上，被選為“Hot Paper”。

圖1. 可注射纖維電池的原理示意圖

  可注射纖維電池可以直接利用體內(nèi)的體液作為其電解質(zhì)，通過(guò)體液中含有的鈉離子的嵌入和脫出，實(shí)現(xiàn)能量的存儲(chǔ)和釋放�？勺⑸淅w維電池具有低的內(nèi)應(yīng)力和彎曲剛度，展現(xiàn)出了優(yōu)異的柔性，能夠與天然生物組織之間形成穩(wěn)定的界面接觸和界面相互作用。

圖2. 可注射纖維電池的結(jié)構(gòu)表征和柔性表征

  將纖維電池注射植入到小鼠體內(nèi)30天后，沒(méi)有發(fā)現(xiàn)明顯的免疫排斥反應(yīng)，證明該可注射纖維電池沒(méi)有明顯的毒副作用，具有優(yōu)異的生物相容性和可靠性。

圖3. 可注射纖維電池的生物相容性研究

  得益于其不封裝和一維的電池結(jié)構(gòu)，該纖維電池可以通過(guò)注射器注射的方式，微創(chuàng)地植入體內(nèi)，并利用體液作為其電解質(zhì)，實(shí)現(xiàn)了優(yōu)異的充放電性能。其在小鼠體內(nèi)的功率密度高達(dá)78.9 mW·cm^-3，能夠有效驅(qū)動(dòng)多種可植入式電子器件，并能夠在體內(nèi)實(shí)現(xiàn)100次的循環(huán)充放電。

圖4. 可注射纖維電池在小鼠體內(nèi)的電化學(xué)性能研究

  可注射纖維電池在小鼠的皮下、心臟和大腦中，都表現(xiàn)出了優(yōu)異的電化學(xué)性能。該纖維電池被注射到了小鼠的皮下組織中，并能夠?yàn)轶w內(nèi)的傳感器提供電能，從而實(shí)現(xiàn)了在體呼吸監(jiān)測(cè)的功能。因此，該新型可注射纖維電池有望解決未來(lái)人體不同部位的可植入式電子器件的供電需求。

圖5. 可注射纖維電池在體內(nèi)不同部位的電能供應(yīng)

  綜上所述，作者報(bào)道了一種新型可注射且可充電的纖維電池，該電池具有優(yōu)異的柔性，能夠?qū)崿F(xiàn)體內(nèi)多部位的電能供應(yīng)。與通過(guò)手術(shù)過(guò)程植入的傳統(tǒng)電池相比，該纖維電池的注射植入法更加高效且?guī)缀跏菬o(wú)創(chuàng)的，可以極大地減輕病人的痛苦、降低潛在健康風(fēng)險(xiǎn)和二次發(fā)病率。與現(xiàn)有植入式電池相比，該新型可注射纖維電池具有諸多優(yōu)點(diǎn)，有望能夠促進(jìn)多個(gè)領(lǐng)域的發(fā)展，例如大腦內(nèi)的信息檢測(cè)。該可注射纖維電池也為新一代可植入式電子器件的設(shè)計(jì)提供了新的思路。

  文獻(xiàn)鏈接：Zhao, Y.; Mei, T.; Ye, L.; Li, Y.; Wang, L.; Zhang, Y.; Chen, P.; Sun, X.; Wang, C.; Peng, H.* “Injectable fiber battery for all-region power supply in vivo”, J. Mater. Chem. A 2021, DOI: 10.1039/D0TA10357H.

  https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2021/ta/d0ta10357h#!divAbstract