仅硬币大小！深圳团队研发“活体电池”，可循环供电、精准调控血压

生物电池，是一种利用电活性微生物的代谢活动来发电的新型“活体电池”，在生理监测、植入式医疗设备供电、解决可持续能源供应等领域潜力巨大，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。

近日，中国科学院深圳先进技术研究院（简称“深圳先进院”）定量合成生物学全国重点实验室钟超团队，联合深圳先进院集成所神经工程中心刘志远团队、深圳大学王任衡团队在《先进材料》上发表最新研究成果，利用3D打印活体水凝胶技术，成功研制出直径仅20毫米的微型便携式微生物燃料电池，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。

微型便携式生物电池产生的电能可以传递至神经细胞，实现对其精准调控。

可循环供能的生物电池

在该研究中，研究团队基于希瓦氏菌，开发了一种创新的3D打印活体水凝胶材料，这种生物材料具有独特的弹性，使其能够通过3D打印技术形成蜘蛛网状、叶片状等复杂结构。为了保持微生物的活性，研究人员首先将微生物封装在藻酸盐水凝胶中，并通过添加剂进行优化，显著提升材料的机械强度和导电性能。

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毫米的微型生物电池系统。

生物电池实拍图。

实验结果表明，这块微型电池可稳定输出450毫伏电压，并实现长达10次完整的“自充电—放电”的供能循环。文章通讯作者钟超表示：“电池供能循环结束后，细菌存活率高达97%，且连续运行100小时后仍保持90%以上的高存活率，这充分证明了其优异的生物相容性。”

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。当前能量密度（0.008 瓦时每升）和功率密度（8.31 微瓦每平方厘米）已基本满足低功耗设备的供电需求。

实现精准血压调控

“研究需要突破‘纸面创新’，同时要找到切实可行的应用场景。”研究论文第一作者王新宇介绍，团队瞄准了瞬时神经刺激这一精准医疗领域——通过集成电容器系统实现电能的精准调控，成功开发出适用于神经调控的生物电池应用方案。

实验结果显示，生物电池不仅在神经干预治疗中具备有效性，更揭示其独特优势——细菌代谢与瞬时神经刺激的需求高度契合，为高血压等疾病的精准神经调控提供了创新解决方案。

王新宇表示，团队未来计划开发基于活体水凝胶的植入式生物电池，利用人体血糖作为持续能源，实现医疗设备的自供能运行。未来，研究团队将通过优化菌种选择、改进材料配方和精细调控电池结构，提升生物电池性能，推动该技术向实际应用转化。

编辑 刘悦凌 审读 伊诺 二审 张玉洁 三审 郑蔚珩