柔软可拉伸的新型电池为软体机器人和生物电子学应用注入新活力

近日，来自剑桥大学的研究人员开发出了一种革命性的”果冻电池”，这种柔软可拉伸的新型电池有望在可穿戴设备、软体机器人，甚至医疗植入物领域带来重大突破。这项研究灵感来源于电鳗，科学家们模仿了电鳗利用特殊肌肉细胞（称为产电细胞）电晕猎物的原理，创造出了这种独特的果冻状材料。

“果冻电池”的核心特性在于其独特的结构和性能。它由水凝胶制成，是一种三维聚合物网络，含水量超过60%。这种材料具有层状结构，类似于粘性乐高积木，使其能够有效地输送电流。更令人惊叹的是，这种自修复的胶状电池可以拉伸至原长的十倍以上，而不会影响其导电性。这是首次在单一材料中成功结合如此高的可拉伸性和导电性，研究结果已发表在《科学进展》上。

传统电子产品通常使用刚性金属材料，以电子作为电荷载体。而”果冻电池”则模仿电鳗，使用离子来携带电荷。研究人员通过精确控制水凝胶的机械性能，使其能够模仿人体组织的特性，这使得水凝胶成为软体机器人和生物电子学应用的理想选择。

“果冻电池”的另一个关键创新在于其层间结构。研究人员使用了一种称为葫芦脲的桶状分子，它们像分子手铐一样将不同层牢固地粘合在一起。这种设计使得”果冻电池”在拉伸时保持层间结构完整，同时不会损失任何导电性。此外，水凝胶还具有惊人的韧性和自我修复能力，可以承受挤压而不会永久变形，在损坏时能够自我修复。

这种新型电池的潜在应用范围广泛。由于其柔软的质地和与人体组织相似的特性，”果冻电池”有望用于生物医学植入物。研究团队指出，由于不含金属等刚性成分，水凝胶植入物不太可能被人体排斥或导致疤痕组织的堆积。这意味着它可能在未来用于输送药物或治疗癫痫等疾病，甚至可以植入大脑。

然而，开发这种既具有高拉伸性又具有高导电性的材料并非易事。研究团队克服了这两种特性通常相互矛盾的挑战。通过改变每块凝胶的盐成分，研究人员成功地使水凝胶变得粘稠，并将它们挤压成多层，从而建立更大的能量潜力。

尽管这项研究取得了重大突破，但仍需进行进一步的实验和测试。研究人员计划在未来进行生物体内实验，以评估水凝胶是否适合各种医疗应用。这将有助于更全面地了解”果冻电池”在实际应用中的表现和潜在限制。

这项由电鳗启发的”果冻电池”研究代表了软性电子技术的一个重要突破。它不仅展示了跨学科研究的力量，还为未来的可穿戴设备、软体机器人和医疗植入物开辟了新的可能性。随着研究的深入，我们可以期待这种创新材料在改善生活质量和推动医疗技术进步方面发挥重要作用。

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