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智能無線傳感器在醫(yī)學領域蓬勃興起，它能檢測人體內(nèi)狀況并傳輸圖像、刺激傷口愈合、智能給藥。由于受到體外電池供電影響，這些設備只能埋在皮膚表層。塔夫茨大學(Tufts University)Fiorenzo G. Omenetto 與伍倫貢大學（University of Wollongong）Gordon G. Wallace研究團隊合作，由柔軟的絲綢薄膜制備出柔性電池，即可以為電子設備供電，還可以在體內(nèi)降解，為智能傳感器在體內(nèi)應用提供了新方案。該文章發(fā)表在《ACS Energy Letters》上。

蠶絲蛋白（SF）是一種天然存在的可生物降解蛋白質(zhì)，在醫(yī)用仿生領域?qū)儆诰W(wǎng)紅級選手。由于它能捕獲或穩(wěn)定化學物質(zhì)及生物活性分析，進而賦予蠶絲蛋白新功能，研究人員將蠶絲蛋白與同樣具有生物相容性的離子液體(IL)硝酸膽堿([Ch][NO3])混合,將硝酸膽堿固定，制成離子導電膜(SF-[Ch][NO3])，作為電池電解質(zhì)（圖1）。Mg及其合金（包括AZ31）作為公認的可生物降解電池陽極沉積在蠶絲蛋白膜上作為電池陽極（AZ31-SF; 圖2 a），Au納米顆粒沉積在蠶絲蛋白膜上作為電池陰極（Au-SF; 圖2 a）。為保護電池陰陽極及電解質(zhì)，研究人員將非結(jié)晶蠶絲膜制成膠框封裝在兩個電極膜之間。膠框為中空結(jié)構，外部與上下電極薄膜大小一致，內(nèi)部開口尺寸遠大于電池的陰陽兩極和導電薄膜，形成小型空氣袋，即便封裝后，也能為陰極反應提供氧氣（圖2 a）。

圖1 離子導電膜制作過程

郵票大小的170μm厚的可生物降解電池電壓為0.87V，其功率可以滿足植入式智能傳感器，同時AZ31的厚度與電池放電時間呈正相關（圖2 b）。通過在封裝電池頂部添加的蠶絲膜保護層，可延長電池電壓的穩(wěn)定性（圖2 c）。該裝置在蛋白酶緩沖液中45天后幾乎完全分解，僅留下惰性的金納米顆粒（圖2 d）,生物安全性高。如果SF-Au膜可進一步降解至幾百納米，那么金納米顆粒最終可通過腎臟排出體外。

圖2 封裝可生物降解電池的器件結(jié)構，放電性能和生物降解過程。

毋庸置疑，具有生物相容性和可生物降解得柔性電池將為智能無線傳感設備的能源問題提供新的解決方案。

參考文獻：

Jia, X.; Wang, C.; Ranganathan, V.; Napier, B.; Yu, C.; Chao, Y.; Forsyth, M.; Omenetto, F. G.; MacFarlane, D. R.; Wallace, G. G., A Biodegradable Thin-Film Magnesium Primary Battery Using Silk Fibroin–Ionic Liquid Polymer Electrolyte. ACS Energy Letters, 2017, 2 (4), 831-836.