国立交通大学：自充电纳米发电机用于消毒系统

通讯作者：林子恩

通讯单位：国立交通大学

生物医学电子学在工程学与医学之间起着至关重要的作用，可为各种疾病提供有效的诊断和治疗提供有效的诊断以及对各种疾病的治疗。然而，关键的电源电池通常对人类有毒且有害。

 

近日，国立交通大学林子恩课题组开发了一种基于水凝胶的电池，该电池采用由盐度梯度导致的选择性离子扩散。吸收氯化钾（KCl）的琼脂糖水凝胶用于产生不同的盐度梯度。阳离子选择性结冷胶（GG）膜允许离子在系统内的选择性迁移，因此产生高达177 mV的开路电位。

 

具体地，电池模具的形状是由3D打印机设计的，可以适应各种电子设备。电池可以通过摩擦纳米发电机（TENG）充电，从而产生足够的电压（300 mV）。研究人员进一步电刺激细菌溶液（包含大肠杆菌），在处理后仅30分钟就杀死或灭活约90%的细菌。因此，该技术在对抗胃肠道（例如口腔）中的抗生素抗性细菌以及为医疗设备提供无害能源方面非常有前途。

 

相关工作以“Ingestible polysaccharide battery coupled with a self-charging nanogenerator for controllable disinfection system”为题发表在Nano Energy上。

图1. 由软质天然水凝胶组成的立方多糖电池示意图。

图2.（a）结冷胶（红色）和琼脂糖水凝胶（蓝色）的整合。设计了水凝胶的两种3D几何形状，例如六角圆柱体和立方体；（b）由三种不同的阴离子多糖水凝胶制成的电池的开路电压；（c）结冷胶的红外光谱，显示了‒COOH和其他官能团的峰。插图是结冷胶膜的图片；（d）、（e）和（f）琼脂糖、凝胶胶离子选择性膜（混合琼脂糖）和凝胶胶涂布的纤维素纸的SEM图片。

图3.（a）水凝胶的生物相容性；（b）用于抗菌测试的电刺激示意图；（c-e）水凝胶的生物相容性。

参考文献：

Zong-Hong Lin, Wei-Shan Hsu, Anant Preet, Li-HsienYeh, Yung-Hsin Chen, Yu-Ping Pao, Shien-Fong Lin, Sangmin Lee, Jia-Ching Fan, Ligang Wang, Yi-Pin Chiu, Bak-Sau Yip, Tzu-En Lin, Ingestible polysaccharide battery coupled with a self-charging  nanogenerator for controllable disinfection system, Nano Energy 2021, 79, 105440.