深圳商报·读创客户端首席记者 陈小慧 通信员 朱诗颖

生物电板也被称为微生物燃料电板，是一种运用电活性微生物的代谢活动来发电的新式生物动力安设，这种“活体电板”具备超强的环境合乎性和致密的生物相容性，在生理监测、植入式医疗成立供电、科罚可捏续动力供应等方面发扬了进攻作用。通过袖珍化和便携化改良，微生物电板有望为智高腕表、腹黑起搏器等毫瓦级低功耗成立提供电力援手。

近日，中国科学院深圳先进时刻计议院（简称“深圳先进院”）定量合成生物学世界重心实践室钟超团队王人集深圳先进院集成所神经工程中心刘志远团队、深圳大学王任衡团队在《先进材料》上发表最新计议效果。他们运用3D打印活体水凝胶时刻，告捷研制出直径仅20毫米的袖珍便携式微生物燃料电板，更正性地整合了生物电刺激安设，通过刺激神经元完了了对电生理和血压的精确援助，在疾病诊治方面有较大应用后劲。该计议激动了便携式生物器件的发展，拓展了活体动力材料的计议前沿。

跨学科拓荒可轮回供能的生物电板

在该计议中，计议团队基于希瓦氏菌，拓荒了一种更正的3D打印活体水凝胶材料，这种生物材料具有特有的弹性特色，使其大概通过3D打印时刻造成包括细密的蜘蛛网状、叶片状等涵盖一维到三维的复杂结构。为确保微生物在安设中保捏活性，计议东说念主员最初将处于溶液状况的微生物封装在藻酸盐水凝胶中，并通过添加纳米纤维素、氧化石墨烯对体系进行优化，显耀进步了材料的机械强度和导电性能。

张开剩余69%

想象并制作生物电板需要交融多学科常识，波及合成生物学、材料科学和生物医学等规模。在深圳先进院，跨学科互助具有自然上风，钟超团队基于冲破性材料，与深圳先进院集成所神经工程中心计议员刘志远团队互助，共同拓荒袖珍生物电板系统。

受传统锂电板制造时刻启发，计议团队给与阴阳极分袂的优化想象：以活体水凝胶动作“阳极”，含铁氰化钾的藻酸盐水凝胶动作“阴极”，通过3D打印时刻制备出高性能电极结构，最终告捷构建了直径仅20毫米的袖珍生物电板系统。

实践限度标明，这块袖珍电板可肃穆输出450毫伏电压，并完了长达10次完好的“自充电-放电”的供能轮回。著述通信作家钟超计议员示意：“电板供能轮回末端后，细菌存活率高达97%，且流畅开动100小时后仍保捏90%以上的高存活率，这充分说明了其优异的生物相容性。”进一步的性能测试标明，生物电板具有出色的轮回肃穆性，能量耗损极低，同期王人备幸免了传统电板中钴、锂等稀缺金属以及有毒电解质的使用，在环保方面具有显耀上风。尽管其刻下能量密度（0.008 瓦时每升）和功率密度（8.31 微瓦每闲居厘米）较生意锂离子电板仍有差距，但已基本温暖低功耗成立的供电需求。

袖珍便携式生物电板产生的电能不错传递至神经细胞，完了对其精确调控

完了精确血压调控

“计议需要冲破‘纸面更正’，同期要找到切实可行的应用场景。”计议论文第一作家王新宇先容，尽管生物电板的时刻看法新颖，但存在功率和输出电压波动（受细菌活性影响）两大局限，使得生物电板难以胜任需要捏续肃穆供电的场景。

基于这些特色，团队对准了瞬时神经刺激这一精确医疗规模——通过集成电容器系统完了电能的精确调控，告捷拓荒出适用于神经调控的生物电板应用决策。

大鼠坐骨神经刺激实践限度败露，跟着生物电板输出强度的梯度加多，诱发的动作电位和肌电信号幅度呈现显耀剂量依赖性增强。此外，通过援助生物电板的输出，大鼠血压告捷出现显然下跌，减轻压（高压）缩小23.5%，舒张压（低压）缩小18.7%。刺激罢手后，大鼠血压自主收复基线水平。

这些数据不仅考证了生物电板在神经打扰诊治中的有用性，更揭示其特有上风——细菌代谢的当然波动特色反而与瞬时神经刺激的需求高度契合，为高血压等疾病的精确神经调控提供了更正科罚决策。

据王新宇先容，团队异日推敲拓荒基于活体水凝胶的植入式生物电板，运用东说念主体血糖动作捏续动力，完了医疗成立的自供能开动。这项计议不仅体现了合成生物学与材料科学的交叉更正，也为发展环境友好的可捏续动力时刻提供了新想路，在医疗植入成立和环境监测传感器等规模展现出进攻应用出路。异日，计议团队将通过优化菌种采选、改进材料配方和细密调控电板结构，进步生物电板性能，激动该时刻向骨子应用挪动。

深圳先进院合成所钟超课题组副计议员王新宇为论文第一作家和共同通信作家。深圳先进院合成所计议员钟超、深圳先进院集成所计议员刘志远开云kaiyun，深圳大学物理与光电工程学院莳植王任衡为该论文的共同通信作家。深圳先进院集成所刘志远课题组副计议员韩飞、高等工程师周小猛，深圳大学博士生肖哲为论文共同第一作家。

发布于：广东省