中国科学院深圳先进技术研究院团队成功研发了一种微型便携式微生物燃料电池，该电池利用3D打印活体水凝胶技术，并整合了生物电刺激装置。这款直径仅20毫米的生物电池，通过刺激神经元实现电生理和血压的精准调节，为疾病治疗提供了新的可能性。该研究不仅推动了便携式生物器件的发展，还拓展了活体能源材料的研究前沿，并展现了其在智能设备供电和环保方面的巨大潜力。

🔋 微型生物电池的创新设计：该电池直径仅20毫米，采用3D打印活体水凝胶技术，将活体水凝胶作为阳极，含铁氰化钾的藻酸盐水凝胶作为阴极，实现了微型化和便携化。

⚡️ 生物电刺激功能：该电池创新性地整合了生物电刺激装置，通过刺激神经元实现了对电生理和血压的精准调节，在疾病治疗方面具有潜在应用价值。

♻️ 电池性能与环保优势：该电池能够自充电并实现长达10次的自充电-放电循环，细菌存活率高，且避免了传统电池中稀有金属和有毒电解质的使用，具有环保优势。

🔬 电池工作原理：电池的发电源于水凝胶内细菌的代谢活动，细菌生长10小时后，生物电池能够达到450毫伏的电压，电压随着阴极中K₃[Fe(CN)₆]浓度的增加而升高。

💡 应用前景：该微型生物电池有望为智能手表、心脏起搏器等毫瓦级低功耗设备提供电力支持，并在疾病治疗领域展现出广阔的应用前景。

近日，中国科学院深圳先进技术研究院（以下简称“深圳先进院”）钟超团队联合刘志远团队、深圳大学王任衡团队在《先进材料》上发表最新研究成果。他们利用3D打印活体水凝胶技术，成功研制出直径20毫米、高度3.2毫米的微型便携式微生物燃料电池，创新性地整合了生物电刺激装置，通过刺激神经元实现了对电生理和血压的精准调节，在疾病治疗方面有较大应用潜力。

该研究推动了便携式生物器件的发展，拓展了活体能源材料的研究前沿。

微型便携式生物电池创制和生物电刺激应用示意图

据悉，生物电池也被称为微生物燃料电池，是一种利用电活性微生物的代谢活动来发电的新型生物能源装置。

通过微型化和便携化改造，微生物电池有望为智能手表、心脏起搏器等毫瓦级低功耗设备提供电力支持。

受传统锂电池制造技术启发，研究团队采用阴阳极分离的优化设计：以活体水凝胶作为“阳极”，含铁氰化钾的藻酸盐水凝胶作为“阴极”，通过3D打印技术制备出高性能电极结构，最终成功构建了直径仅20毫米、硬币大小的微型生物电池系统。

3D打印活体水凝胶

该电池的发电源于水凝胶内细菌的代谢活动，在细菌生长10小时后，生物电池能够达到450毫伏的电压。

该生物电池可以进行自充电，实现长达10次的自充电-放电循环。

生物电池的制备和性能表征

在整个循环中，细菌维持了超过70%的高存活率，在循环结束时存活率更是高达97%，这充分证明细菌在电池内部仍然保持着生长和代谢活动。生物电池的电压随着阴极中K₃[Fe(CN)₆]浓度的增加而升高。

同样，细菌在连续运行100小时后，也保持了超过90%的高存活率。

进一步的性能测试表明，生物电池具有出色的循环稳定性，能量损失极低，同时完全避免了传统电池中钴、锂等稀缺金属以及有毒电解质的使用，在环保方面具有显著优势。