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最小的生物超级电容器:比尘埃更小,可在血管内工作

电子传感器、电子机器人及血管内植入物的小型化正在迅速推进,为科研人员带来了不少挑战。开发小而高效且能在体内使用的储能设备便是其中之一,这些设备必须具备生物兼容性,才能正常运转。现在,德国开姆尼茨技术大学教授OliverG. Schmidt领导的国际团队开发出了比尘埃还小的生物超级电容器。这种迄今为止最小的超级电容器融合了以上属性,已经能够在人造血管中发挥作用,为测定pH值、监测肿瘤发展的微型传感器系统提供能源。8月23日,《自然通讯》杂志发文报道了更多相关细节。

一般来说,研制亚毫米级能量存储设备面临着重大的技术挑战。其原因在于,这类超级电容器并非由生物兼容材料所制造,其腐蚀性电解质和快速放电作用存在污染风险。而生物超级电容器(BSCs)则消除了上述困扰,既可用于血液等体液,也能用于深入医学研究。此外,它还可以通过生物电化学反应来补偿自放电行为,甚至从身体反应中获益――氧化还原酶反应和血液中自然存在的活细胞将其性能提高了40%。

Schmidt教授团队巧妙利用折纸技术,成功制造出了体积为0.001立方毫米的管状粒子,是现有最小能量存储设备的1/3000。虽然其尺寸还不及一粒尘埃,却能为微电子传感器提供高达1.6伏的电压。此外,新型生物超级电容器的柔性管状几何结构还具有非凡的自我保护功能,可有效对抗血液脉动或肌肉收缩造成的形变。

Schmidt教授团队对该生物超级电容器在生理盐水、血浆和血液中的性能进行了测试。结果显示,在三种电解质中,电容器均发挥了理想性能――在血液中的寿命表现尤佳,16小时后仍可保持70%的初始容量。

综上所述,新发明将为医疗诊断技术带来无限可能。

科界原创

编译:德克斯特 审稿:西莫 责编:陈之涵

期刊来源:《自然通讯》

期刊编号:2041-1723

原文链接:

https://phys.org/news/2021-08-smallest-biosupercapacitor-energy-biomedical-applications.html

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