水滴电池利用离子梯度发电

科技日报北京8月30日电(记者张家欣)英国牛津大学的研究人员在实现可直接刺激细胞的微型生物集成装置方面迈出了关键一步。该装置利用离子梯度发电，可以在微观范围内调控细胞和组织，为下一代可穿戴设备、生物混合接口、植入物、合成组织和微型机器人提供动力。这项研究发表在30日的《自然》杂志上。

可以与细胞相互作用并刺激细胞的小型生物集成设备具有重要的治疗效果，例如提供靶向药物治疗和加速伤口愈合。然而，这些设备都需要电源才能运行。在此之前，还没有有效的方法来提供小规模的电力。

为了解决这个问题，牛津大学化学系的研究人员开发了一种微型电源，可以改变培养的人类神经细胞的活性。该设备受电鳗发电模式启发，利用内部离子梯度产生能量。

这种微型柔性电源是通过沉积一串5纳升的导电水凝胶液滴制成的。每个液滴都有不同的成分，所以整个链上会形成盐浓度梯度。相邻的液滴被脂质双分子层隔开，脂质双分子层提供机械支撑，防止离子在液滴之间流动。

将结构冷却到4℃并改变周围的介质可以产生电流，因为这将扰乱脂质双层并导致液滴形成连续的水凝胶。离子通过导电水凝胶从两端的高盐液滴向中间的低盐液滴移动。通过将末端液滴连接到电极，从离子梯度释放的能量被转换成电能，使得水凝胶结构可以用作外部组件的电源。

在这项研究中，激活的液滴电源产生的电流持续了30多分钟。由50纳升液滴组成的单元的最大输出功率约为65纳瓦。这些装置在储存36小时后产生了相似的电流量。五个纳升的导电水凝胶液滴可以作为一个单元，设备的模块化设计允许多个单元组合在一起，从而可以增加产生的电压和电流。如果将20个这样的单元串联起来，可以点亮一个发光二极管。