新型可植入生物電子電源：高可靠性和高能量密度生物相容性對稱鈉離子微電池

神經和心血管疾病的快速發展需要植入性醫療設備(IMDs)的創新。多種IMDs已應用於心臟起搏器、微刺激器、心臟復律除顫器、藥物遞送微晶元、人工耳蝸植入等現代臨床診斷和治療。高可靠、低毒性、高能量的動力源驅動對於IMDs長期的體內診斷和治療有著很高的要求。目前，IMDs的植入式電源主要包括鋰電池、鋅電池、鎂電池等，其穩定連續的電能輸出使其在慢性病治療設備中的應用成為可能。然而，目前大多數植入式電池包括堅硬的金屬外殼，它們將有毒/有害化學物質封裝在電極和電解質中，防止它們與身體接觸。同時，堅固的外殼會產生額外的惰性重量，為可植入電池建立剛性結構，從而導致其體積更大，能量密度更低，安全性更低。這種電池用在IMDs中，當長期植入人體時會大大增加感染和炎症風險。因此，迫切需要探索低毒性、高可靠性、體積小的新型植入式電源，以推動IMDs的發展。

　　近日，研究者構建了一種具有自支撐結構、高安全性和高能量存儲能力的生物相容性對稱鈉離子微電池，並在IMDs中得到了應用。在這項工作中，作者採用靜電紡絲、靜電噴霧、碳化相結合的方法構建了球形網路結構的薄膜電極。靜電紡絲和靜電噴霧技術的相結合使活性物質/碳球均勻地加入到碳納米纖維基體中，從而產生了結構穩定、電子/離子傳輸速度快、負載量高的電極。柔性微電池是基於交叉數字化微電極和生物相容電解質製備而成，為生物電子技術提供了一種新的可植入電源。對稱鈉離子微電池是由基於Na2VTi(PO4)3的雙功能電極和生物相容電解質構成的。將高容量保持(98%以上)和高穩定性的微電池植入一隻活SD大鼠體內一個月，進一步證明了其長期體內診斷的高可靠性。因此，該研究為開發高可靠性、高能量密度的可植入生物電子電源提供了新的思路。相關研究成果以「Biocompatible Symmetric Na-ion MicroBatteries with SphereIn-NetworkHeteronanomat Electrodes realizing High Reliability and High Energy Density for Implantable Bio-Electronics」為題發表於ACS Appl. Mater. Interfaces 期刊上。