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仿生“果凍電池”柔軟可拉伸
文章來源:科技日報     更新時間:2024-07-25 09:59:26
來自劍橋大學的研究人員從電鰻身上汲取靈感,開發出一種柔軟可拉伸的“果凍電池”。其可自行修復,呈膠狀,能拉伸至原長度的10倍以上而不影響其導電性。“果凍電池”適用于可穿戴設備或軟體機器人,還能植入大腦,輸送藥物或治療癲癇等疾病。相關論文發表在最新一期《科學進展》雜志上。

  電鰻利用發電細胞來電暈獵物。“果凍電池”由水凝膠制成,并模仿電鰻的發電細胞,具有分層結構,就像粘在一起的樂高一樣,能夠有效輸送電流。

  水凝膠的性質可以精確控制,并能模仿人體組織特征,成為軟體機器人和生物電子學的理想選擇。然而對于此類應用而言,材料需要兼具導電性和彈性。傳統上,當材料被拉伸時,導電性會下降,但“果凍電池”打破了這一常規。

  傳統電子產品使用電子作為電荷載體,而“果凍電池”使用離子來攜帶電荷,就像電鰻一樣。

  研究人員指出,通常水凝膠是由電中性的聚合物制成,如果給它們充電,它們就能導電。此次通過調整每塊凝膠的鹽成分,可以使其變得黏稠,并通過擠壓形成多層結構,從而增加其導電性。

  水凝膠之所以能牢牢地粘在一起,是因為不同層之間可以形成可逆鍵。該過程中使用了桶狀分子葫蘆脲,它們就像“分子手銬”一樣。“分子手銬”提供的層間強黏合力使“果凍電池”可以被拉伸,卻不會導致層間分離,關鍵是導電性不會有任何損失。

  由于“果凍電池”質地柔軟,可與人體組織緊密貼合,這種特性使其有望在未來用于生物醫學植入物。研究人員表示,由于它們不含金屬等剛性成分,因此水凝膠植入物不太可能被人體排斥或導致疤痕組織堆積。除了柔軟之外,水凝膠還非常堅韌。它們可以承受壓力而不變形,損壞時還能在一定程度上自行修復。

  目前,研究人員正計劃在實驗中用活體來測試這種“果凍電池”,以評估其在一系列醫療應用的適用性。

 
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