隨著植入式微電子的新興需求，它本質(zhì)上需要完全集成和可靠的電源。該研究報(bào)告了一種可拉伸且靈活的基于靜電紡絲的葡萄糖/O2具有葡萄糖氧化酶生物陽極、Pt/C 陰極和熱塑性聚氨酯基板的生物燃料電池，能夠適應(yīng)個(gè)體運(yùn)動引起的各種應(yīng)力和應(yīng)變。熱塑性聚氨酯的剛性苯環(huán)和彈性鏈段保證了其優(yōu)越的拉伸性能。此外，通過酰胺反應(yīng)在3D熱塑性聚氨酯網(wǎng)絡(luò)中建立活性碳納米管（CNTs-COOH）和葡萄糖氧化酶之間穩(wěn)定的共價(jià)連接，以確保生物陽極的快速直接電子轉(zhuǎn)移和柔性環(huán)境中設(shè)備的穩(wěn)定功率輸出。該生物燃料電池具有 0.575 V 的開路電壓和 57 µW cm
−2的高功率密度在 5 mM 葡萄糖中。此外，植入式生物燃料電池的發(fā)電性能保持穩(wěn)定，其功率密度在大鼠背部彎曲、拉伸和扭曲時(shí)的28天波動有限。大鼠無明顯局部炎癥或全身異常。它滿足了令人印象深刻的生物相容性要求，展示了基于靜電紡絲的生物燃料電池作為可植入電子產(chǎn)品的強(qiáng)大自持電源的巨大潛力。
Fig 1. TPU/CNT+GO
x 詳細(xì)合成程序示意圖。圓圈突出了GO
x通過官能團(tuán)的固定化。
Fig 2. a) TPU 柔性基材的 SEM 圖像、光學(xué)照片（插圖）和 b) 橫截面 SEM 圖像；c) TPU/CNT+GOx的SEM圖像、光學(xué)照片（插圖）、d）橫截面SEM圖像和高倍SEM圖像（插圖）；e) 2D CLSM 和 f) TPU/CNT+GOx 吸附 FITC 后的 3D 觀察（黑色）；g) TPU/CNT 和 TPU/CNT+GOx 的 FTIR 光譜和 h) TPU/CNT+GOx 的 C 1s 的高分辨率 XPS 光譜。
Fig 3. a) GOx活性中心與CNT之間直接電子轉(zhuǎn)移示意圖；b) TPU/CNT+GOx 和 TPU/CNT 在 0.1 M PBS 中的 CV 曲線；c) TPU/CNT+GOx 在 0.1 M PBS 中不含和含葡萄糖 (5 mM) 的 CV 曲線；d) 不同時(shí)間（第 0 天、第3 天、第 7天和 第 21天）的功率密度與電壓的關(guān)系圖 天）; e) 功率密度和開路電壓衰減保持率；f) 在 0.2 V 下，在含有 5 mM 葡萄糖的 0.1 M PBS 中進(jìn)行 CA 測量；g) 可拉伸和柔性 BFC 裝置示意圖；h) BFC 裝置在 a) 松弛狀態(tài)和 b) 拉伸狀態(tài)下的示意圖；i) 拉伸100次后BFC裝置在不同拉伸伸長率（50%、100%、150%、200%、250%）下的伸長率尺寸；j) BFC裝置六個(gè)月內(nèi)的應(yīng)力-應(yīng)變響應(yīng)曲線；k) 植入式 BFC 裝置在 0.1 M PBS 中的 5 mM 葡萄糖中的 CA 測量；l) 植入式BFC裝置的奈奎斯特圖，測量條件包括松弛狀態(tài)、拉伸50%、拉伸100%、拉伸100次。
Fig 4.a) OCP 和 b) 植入式 BFC 裝置一周內(nèi)的體內(nèi)電流變化；c) OCP 和 d) 第2天體內(nèi) CA 測量；e) 彎曲、f) 拉伸和 g) SD 大鼠背部皮膚植入部位的扭曲條件和 h) 在 0.2 V 下的相應(yīng)穩(wěn)定性表征的示意圖。
Fig 5. a) 皮下植入后不同時(shí)期典型愈合過程示意圖；b) 大鼠皮下組織在 術(shù)后第 14天和第28天的宏觀和組織學(xué)圖像（H&E 染色）。
Fig 6.a) 一個(gè)月內(nèi)大鼠體重變化；b–d) 肝功能的臨床血液生化參數(shù)（例如，ALP、ALT 和 AST）；e,f) 腎功能臨床血液生化參數(shù)（如 BUN 和 CRE）；g) 兩組主要器官在 術(shù)后第 14天和第 28天的組織學(xué)圖像。*P < 0.05 使用學(xué)生的 t 檢驗(yàn)，n = 3。
相關(guān)研究工作由重慶大學(xué)Qiang Liao課題組于2023年在線發(fā)表在《Advanced Functional Materials》期刊上，原文：Highly Stretchable and Flexible Electrospinning-Based Biofuel Cell for Implantable Electronic。
轉(zhuǎn)自《石墨烯研究》公眾號
