撰文丨王聰

編輯丨王多魚(yú)

排版丨水成文

傳統(tǒng)電池存在生物相容性差和不可生物降解的問(wèn)題，這嚴(yán)重限制了其在生物醫(yī)學(xué)電子植入物中的進(jìn)一步應(yīng)用。

2026 年 1 月 20 日，浙江大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院賀永教授、尹俊研究員及浙江大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬口腔醫(yī)院吳夢(mèng)婕教授等，在 Cell 子刊Cell Biomaterials上發(fā)表了題為：A biohydrogel battery 的研究論文。

在這項(xiàng)最新研究中，研究團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)了一種可降解的柔性電池——光聚合 3D 打印的生物水凝膠電池，其能夠在 1.5 V 電壓下維持 0.001 - 6 mA 的穩(wěn)定電流。

這種生物水凝膠電池具有 50 微米的高打印精度，其拉伸應(yīng)變和壓縮率分別達(dá)到 200% 和 95%，與生物組織的機(jī)械性能相匹配。此外，它能夠以雙電流模式運(yùn)行，提供微電流（0.001 - 1 mA）促進(jìn)組織再生，以及高電流（1 - 6 mA）實(shí)現(xiàn)有效的心臟起搏，為組織刺激和生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用提供了新的途徑。

水凝膠（hydrogel）作為三維交聯(lián)聚合物網(wǎng)絡(luò)，其結(jié)構(gòu)和功能與生物組織具有相似性，在生物工程領(lǐng)域具有巨大潛力。水凝膠具有出色的生物相容性、柔軟性、可調(diào)的機(jī)械性能以及高度的水合度，與生物體內(nèi)的組織高度匹配，因此在生物傳感器、藥物遞送、組織工程和電子皮膚等生物應(yīng)用中得到了廣泛應(yīng)用。盡管水凝膠在生物電子學(xué)領(lǐng)域具有諸多顯著優(yōu)勢(shì)，但其實(shí)際應(yīng)用仍受到諸多挑戰(zhàn)的阻礙，尤其是在需要整合多種材料和功能方面。

鎵基液態(tài)金屬在室溫下呈無(wú)定形結(jié)構(gòu)且處于液態(tài)，其模量低且表面潤(rùn)濕性良好，能與水凝膠有效結(jié)合。這種結(jié)構(gòu)提高了水凝膠的電導(dǎo)率和機(jī)械性能，促進(jìn)了其在柔性生物電子設(shè)備中的應(yīng)用。然而，液態(tài)金屬與水凝膠的結(jié)合，主要局限于傳感器和物理化學(xué)檢測(cè)領(lǐng)域，在能源領(lǐng)域的探索則較為有限。

盡管生物電子設(shè)備的供電系統(tǒng)至關(guān)重要，但現(xiàn)有電池在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用仍受到顯著限制。傳統(tǒng)電池通常存在生物相容性差、不可降解、剛性大以及質(zhì)量大等問(wèn)題，這會(huì)增加對(duì)周圍組織造成損害的風(fēng)險(xiǎn)，并引發(fā)潛在毒性的擔(dān)憂。例如，不可降解的金屬基電池會(huì)在體內(nèi)積聚并引發(fā)長(zhǎng)期的毒性效應(yīng)。此外，當(dāng)前的能量轉(zhuǎn)換和存儲(chǔ)系統(tǒng)難以滿足靈活適應(yīng)和長(zhǎng)期性能的要求。

因此，開(kāi)發(fā)一種水凝膠作為電解質(zhì)和結(jié)構(gòu)支撐來(lái)實(shí)現(xiàn)能量存儲(chǔ)和轉(zhuǎn)換的具有高能量密度、生物相容性和體內(nèi)可降解性的電池，已成為生物工程領(lǐng)域的關(guān)鍵挑戰(zhàn)。

在這項(xiàng)最新研究中，研究團(tuán)隊(duì)首次通過(guò)光聚合-3D 打印方法設(shè)計(jì)并探索了一種可降解的生物水凝膠電池（biohydrogel battery，BHB），采用導(dǎo)電離子型硫酸軟骨素甲基丙烯酰酯（ChsMA）-明膠甲基丙烯酰酯（GelMA）水凝膠和 InGa3-Cu 納米顆粒分別用作電解質(zhì)和電極，其展現(xiàn)出卓越的機(jī)械性能和生物相容性。

該生物水凝膠電池在降解期間可產(chǎn)生穩(wěn)定電流，在內(nèi)部離子梯度的驅(qū)動(dòng)下，InGa3-Cu 納米顆粒自發(fā)降解以釋放自由離子，從而在 1.5 V 電壓時(shí)維持 0.001 - 6 mA 的穩(wěn)定電流。

這種生物水凝膠電池具有 50 微米的高打印精度，其拉伸應(yīng)變和壓縮率分別達(dá)到 200% 和 95%，與生物組織的機(jī)械性能相匹配。此外，它能夠以雙電流模式運(yùn)行，提供微電流（0.001 - 1 mA）促進(jìn)組織再生，以及高電流（1 - 6 mA）實(shí)現(xiàn)有效的心臟起搏，為組織刺激和生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用提供了新的途徑。

論文鏈接：

https://www.cell.com/cell-biomaterials/fulltext/S3050-5623(25)00180-1