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能量转换及储存技术是制约植入式医疗器械(implantedmedicaldevices,IMD)发展的重要因素之一。在生物环境中,IMD对植入电源的安全性具有很高的要求,几乎超出了传统电池的设计标准。有*电极材料和酸/碱电解质一旦与生物组织直接接触,就会导致免疫反应过度和IMD失效,例如葡萄糖燃料电池、含水Li+(或Na+)电池以及压电和热发生器等。在自然世界中,生物通过控制离子的传输,进而产生神经冲动和发电。
受电鳗生物电工作原理的启发,新加坡国立大学刘向阳教授和厦门大学林乃波副教授团队利用反电渗析装置(RED)的仿生原理,开发了基于丝素蛋白(SF,蚕丝的主要成分)的离子交换膜。丝素蛋白纳米纤维(SNF)膜经负性和正性修饰,形成强阳离子和阴离子选择性,进而调控离子扩散以产生电能。这些相反电荷的SNF膜用Ag/AgCl电极组装成三室RED,通过选用10mM和0.mMNaCl溶液作为填充液,获得了在66kΩ的外部负载电阻下0.59mW/m2的 输出功率密度。这项工作证明了电池系统的关键部件可以用蛋白质材料制造的概念,结合水基电池技术的出现,本研究将为下一代IMD集成电池的构建提供新思路和依据。文献链接:BiomimeticSalinityPowerGenerationBasedonSilkFibroinIon-ExchangeMembranes,ACSNano,原文链接: