仿生“果冻电池”柔软可拉伸
发布时间: 2024-07-24 16:38:08
科技日报记者张佳欣
来自剑桥大学的研究人员从电鳗身上汲取灵感，开发出一种柔软可拉伸的“果冻电池”。其可自行修复，呈胶状，能拉伸至原长度的10倍以上而不影响其导电性。“果冻电池”适用于可穿戴设备或软体机器人，还能植入大脑，输送药物或治疗癫痫等疾病。相关论文发表在最新一期《科学进展》杂志上。
电鳗利用发电细胞来电晕猎物。“果冻电池”由水凝胶制成，并模仿电鳗的发电细胞，具有分层结构，就像粘在一起的乐高一样，能够有效输送电流。
水凝胶的性质可以精确控制，并能模仿人体组织特征，成为软体机器人和生物电子学的理想选择。然而对于此类应用而言，材料需要兼具导电性和弹性。传统上，当材料被拉伸时，导电性会下降，但“果冻电池”打破了这一常规。
传统电子产品使用电子作为电荷载体，而“果冻电池”使用离子来携带电荷，就像电鳗一样。
研究人员指出，通常水凝胶是由电中性的聚合物制成，如果给它们充电，它们就能导电。此次通过调整每块凝胶的盐成分，可以使其变得黏稠，并通过挤压形成多层结构，从而增加其导电性。
水凝胶之所以能牢牢地粘在一起，是因为不同层之间可以形成可逆键。该过程中使用了桶状分子葫芦脲，它们就像“分子手铐”一样。“分子手铐”提供的层间强黏合力使“果冻电池”可以被拉伸，却不会导致层间分离，关键是导电性不会有任何损失。
由于“果冻电池”质地柔软，可与人体组织紧密贴合，这种特性使其有望在未来用于生物医学植入物。研究人员表示，由于它们不含金属等刚性成分，因此水凝胶植入物不太可能被人体排斥或导致疤痕组织堆积。除了柔软之外，水凝胶还非常坚韧。它们可以承受压力而不变形，损坏时还能在一定程度上自行修复。
目前，研究人员正计划在实验中用活体来测试这种“果冻电池”，以评估其在一系列医疗应用的适用性。
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