浙江大學最新Cell子刊：賀永/吳夢婕/尹俊合作開發(fā)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(tǒng)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(yī)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(yī)學院附屬口腔醫(yī)院吳夢婕教授等，在 Cell 子刊Cell Biomaterials上發(fā)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(fā)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(wěn)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(xiàn)有效的心臟起搏，為組織刺激和生物醫(yī)學應用提供了新的途徑。

水凝膠（hydrogel）作為三維交聯(lián)聚合物網(wǎng)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(yōu)勢，但其實際應用仍受到諸多挑戰(zhàn)的阻礙，尤其是在需要整合多種材料和功能方面。

鎵基液態(tài)金屬在室溫下呈無定形結構且處于液態(tài)，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(tài)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(tǒng)至關重要，但現(xiàn)有電池在生物醫(yī)學領域的應用仍受到顯著限制。傳統(tǒng)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(fā)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(fā)長期的毒性效應。此外，當前的能量轉換和存儲系統(tǒng)難以滿足靈活適應和長期性能的要求。

因此，開發(fā)一種水凝膠作為電解質和結構支撐來實現(xiàn)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(zhàn)。

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(xiàn)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(wěn)定電流，在內部離子梯度的驅動下，InGa3-Cu 納米顆粒自發(fā)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(wěn)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(xiàn)有效的心臟起搏，為組織刺激和生物醫(yī)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