受电鳗启发的柔软有弹性的“果冻电池”

Josiah01

　　研究人员开发出了柔软、可拉伸的“果冻电池”，可用于可穿戴设备或软机器人，甚至可以植入大脑以输送药物或治疗癫痫等疾病。
　　来自剑桥大学的研究人员从电鳗身上获得灵感，电鳗利用经过改良的肌肉细胞（称为产电细胞）来电晕猎物。
　　与产电细胞一样，剑桥研究人员开发的果冻状材料具有层状结构，就像粘性乐高一样，这使得它们能够输送电流。
　　这种自修复胶状电池可以拉伸至原长十倍以上，而不会影响其导电性——这是首次在单一材料中结合这种可拉伸性和导电性。研究结果发表在《科学进展》杂志上。
　　果冻电池由水凝胶制成：含有 60% 以上水的聚合物三维网络。聚合物通过可逆的开/关相互作用结合在一起，从而控制果冻的机械性能。
　　精确控制机械性能和模仿人体组织特性的能力使水凝胶成为软机器人和生物电子学的理想选择；然而，对于此类应用，它们需要兼具导电性和弹性。
　　“设计一种既具有高拉伸性又具有高导电性的材料非常困难，因为这两种特性通常是相互矛盾的，”论文第一作者、剑桥大学尤素夫·哈米德化学系的斯蒂芬·奥尼尔 (Stephen O'Neill) 说道。“通常情况下，当材料被拉伸时，导电性会降低。”
　　“通常情况下，水凝胶是由具有中性电荷的聚合物制成的，但如果我们给它们充电，它们就会变得导电，”论文合著者、化学系的 Jade McCune 博士说。“通过改变每种凝胶的盐成分，我们可以使它们变得粘稠，并将它们挤压成多层，这样我们就可以建立更大的能量势能。”
　　传统电子产品使用刚性金属材料，以电子作为电荷载体，而果冻电池则使用离子来携带电荷，就像电鳗一样。
　　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，使用桶状分子葫芦脲，就像分子手铐一样。分子手铐提供的层间强粘合力使果冻电池能够被拉伸，而不会使层分离，而且最重要的是，不会损失任何导电性。
　　凝胶电池的特性使其有望在未来用于生物医学植入物，因为它们柔软且能与人体组织贴合。“我们可以定制水凝胶的机械特性，使其与人体组织相匹配， ”梅尔维尔聚合物合成实验室主任奥伦·谢尔曼教授说，他与工程系的乔治·马利亚拉斯教授合作领导了这项研究。
　　“由于不含有任何金属等刚性成分，水凝胶植入物不太可能被身体排斥或导致疤痕组织的堆积。”
　　除了柔软之外，水凝胶还具有惊人的韧性。它们可以承受挤压而不会永久失去其原始形状，并且在损坏时可以自我修复。
　　研究人员计划在未来进行实验，测试水凝胶在生物体内的状况，以评估其是否适合一系列医疗应用。