浙江大學最新Cell子刊：賀永/吳夢婕/尹俊合作開發生物水凝膠電池，用于組織再生和心臟起搏

撰文丨王聰

編輯丨王多魚

排版丨水成文

傳統電池存在生物相容性差和不可生物降解的問題，這嚴重限制了其在生物醫學電子植入物中的進一步應用。

2026 年 1 月 20 日，浙江大學機械工程學院賀永教授、尹俊研究員及浙江大學醫學院附屬口腔醫院吳夢婕教授等，在 Cell 子刊Cell Biomaterials上發表了題為：A biohydrogel battery 的研究論文。

在這項最新研究中，研究團隊開發了一種可降解的柔性電池——光聚合 3D 打印的生物水凝膠電池，其能夠在 1.5 V 電壓下維持 0.001 - 6 mA 的穩定電流。

這種生物水凝膠電池具有 50 微米的高打印精度，其拉伸應變和壓縮率分別達到 200% 和 95%，與生物組織的機械性能相匹配。此外，它能夠以雙電流模式運行，提供微電流（0.001 - 1 mA）促進組織再生，以及高電流（1 - 6 mA）實現有效的心臟起搏，為組織刺激和生物醫學應用提供了新的途徑。

水凝膠（hydrogel）作為三維交聯聚合物網絡，其結構和功能與生物組織具有相似性，在生物工程領域具有巨大潛力。水凝膠具有出色的生物相容性、柔軟性、可調的機械性能以及高度的水合度，與生物體內的組織高度匹配，因此在生物傳感器、藥物遞送、組織工程和電子皮膚等生物應用中得到了廣泛應用。盡管水凝膠在生物電子學領域具有諸多顯著優勢，但其實際應用仍受到諸多挑戰的阻礙，尤其是在需要整合多種材料和功能方面。

鎵基液態金屬在室溫下呈無定形結構且處于液態，其模量低且表面潤濕性良好，能與水凝膠有效結合。這種結構提高了水凝膠的電導率和機械性能，促進了其在柔性生物電子設備中的應用。然而，液態金屬與水凝膠的結合，主要局限于傳感器和物理化學檢測領域，在能源領域的探索則較為有限。

盡管生物電子設備的供電系統至關重要，但現有電池在生物醫學領域的應用仍受到顯著限制。傳統電池通常存在生物相容性差、不可降解、剛性大以及質量大等問題，這會增加對周圍組織造成損害的風險，并引發潛在毒性的擔憂。例如，不可降解的金屬基電池會在體內積聚并引發長期的毒性效應。此外，當前的能量轉換和存儲系統難以滿足靈活適應和長期性能的要求。

因此，開發一種水凝膠作為電解質和結構支撐來實現能量存儲和轉換的具有高能量密度、生物相容性和體內可降解性的電池，已成為生物工程領域的關鍵挑戰。

在這項最新研究中，研究團隊首次通過光聚合-3D 打印方法設計并探索了一種可降解的生物水凝膠電池（biohydrogel battery，BHB），采用導電離子型硫酸軟骨素甲基丙烯酰酯（ChsMA）-明膠甲基丙烯酰酯（GelMA）水凝膠和 InGa3-Cu 納米顆粒分別用作電解質和電極，其展現出卓越的機械性能和生物相容性。

該生物水凝膠電池在降解期間可產生穩定電流，在內部離子梯度的驅動下，InGa3-Cu 納米顆粒自發降解以釋放自由離子，從而在 1.5 V 電壓時維持 0.001 - 6 mA 的穩定電流。

這種生物水凝膠電池具有 50 微米的高打印精度，其拉伸應變和壓縮率分別達到 200% 和 95%，與生物組織的機械性能相匹配。此外，它能夠以雙電流模式運行，提供微電流（0.001 - 1 mA）促進組織再生，以及高電流（1 - 6 mA）實現有效的心臟起搏，為組織刺激和生物醫學應用提供了新的途徑。

論文鏈接：

https://www.cell.com/cell-biomaterials/fulltext/S3050-5623(25)00180-1