正在 AA 电池巨细的水凝胶注入的纸堆中，用盐梯度为电子设置装备摆设供电
先容
强电鱼使用体内离子梯度孕育发生惊人的外部放电；这些生物中最壮大的一种，大泰西鱼雷射线，可以从其电子器官孕育发生凌驾 1 千瓦的脉冲。只管对天然界中的这种征象举行了遍及的研究，但基于离子梯度的用于便携式、可穿着或可植入人体利用的人工发电方案的开辟仍旧遥不行及。此前，受电鳗开导的人造电器官评释，堆叠水凝胶内的离子梯度孕育发生的电力可以凌驾 100 V。但是，这种电源的电流太低，无法为尺度电子设置装备摆设供电。
择要
近来，瑞士弗里堡大学Michael Mayer传授团队先容了一种受鱼雷射线奇特形态开导而得到最大电流输出的人造电子器官。这种电源利用水凝胶注入纸的混淆质料来创建、构造和重新设置装备摆设串联和并联的恣意大的薄凝胶薄膜的堆叠。与最初受鳗鱼开导的设计相比，由此孕育发生的电力增添了近两个数目级，这使得为电子设置装备摆设供电成为大概，并建立了生物学孕育发生大量电力的机制如今可以从便携式尺寸的良性和柔软质料中实现。相干论文以题为Powering Electronic Devices from Salt Gradients in AA-Battery-Sized Stacks of Hydrogel-Infused Paper颁发在《Advanced Materials》上。
主图
图1 鳐鱼电器官的剖解和纸凝胶电器官的设计。
用水凝胶纸片构建人造电器官
总结
调解水凝胶组合物以优化功率输出
图3 用纸凝胶电池为 LED 供电。a) 赤色、黄色和绿色 LED 的照片刻画了它们与差别的纸凝胶堆叠串联时的亮度。当八个串联的纸凝胶电池用作电源时，只有赤色 LED 灯微亮。添加具有 8 个平行纸凝胶电池的第二个货仓或将单个货仓从 8 个串联纸凝胶电池扩展到 16 个纸凝胶电池，将货仓的总功率输出增添到 1.6 mW，并可认为全部 LED 供电并进步亮度。b）（a）中相邻堆叠的开路电压（蓝色条）和横截面积（绿色条）。
为电子设置装备摆设供电
总结
强电鱼评释，储存在离子梯度中的能量可以在生物体的限定内孕育发生壮大而有效的放电。此处先容的事情创建了一种直接且妥当的要领，可以从快速组装的离子梯度货仓中为电子设置装备摆设供电。因为这些具有潜伏生物相容性的水凝胶叠层的总体积小于 10 mL，而且很简单放入体腔中，并且因为这种纸凝胶电动器官的峰值功率密度约为最壮大的功率密度的 1/10。团队发起植入式人工电器官的愿景朝着实现又迈出了令人鼓动的一步。别的，随着进一步的革新，人造电器官有大概到达并大概凌驾生物电器官的性能。这些革新大概包罗利用更薄的支架和凝胶膜，进一步优化水凝胶构成和聚合条件，或将高盐和低盐隔室凝胶与超薄膜、分子层或可以或许充电或乃至离子选择性渗入渗出。然而，纵然没有这些革新，这里提出的事情评释，来自纸凝胶堆的人造电器官可以做有效的电事情，这是近来显现的第一小我私家造电器官无法实现的壮举。假如将来的设计可以维持或再生离子梯度，或许通过使用人体生理上维持的梯度，比方胃中质子浓度与四周构造中的液体浓度或通过从人体代谢产品中原位孕育发生离子，那么应用纸凝胶电动器官大概会扩展到为便携式、可穿着乃至大概植入的电子设置装备摆设供电。
参考文献：
doi.org/10.1002/adma.202101757
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