发布日期:2025-08-22 10:17 点击次数:197
近日,中国科学院深圳先进手艺筹谋院(简称“深圳先进院”)定量合成生物学世界重心试验室钟超团队接头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》上发表最新筹谋效果。他们愚弄3D打印活体水凝胶手艺体育游戏app平台,告捷研制出直径仅20毫米的袖珍便携式微生物燃料电板,革命性地整合了生物电刺激安装,通过刺激神经元收场了对电生理和血压的精确改动,在疾病诊治方面有较大应用后劲。该筹谋激动了便携式生物器件的发展,拓展了活体动力材料的筹谋前沿。
跨学科开辟可轮回供能的生物电板
在该筹谋中,筹谋团队基于希瓦氏菌,开辟了一种革命的3D打印活体水凝胶材料,这种生物材料具有特有的弹性特质,使其莽撞通过3D打印手艺酿成包括细巧的蜘蛛网状、叶片状等涵盖一维到三维的复杂结构。为确保微生物在安装中保握活性,筹谋东谈主员最初将处于溶液景况的微生物封装在藻酸盐水凝胶中,并通过添加纳米纤维素、氧化石墨烯对体系进行优化,权贵晋升了材料的机械强度和导电性能。
想象并制作生物电板需要交融多学科学问,触及合成生物学、材料科学和生物医学等鸿沟。在深圳先进院,跨学科协作具有自然上风,钟超团队基于打破性材料,与深圳先进院集成所神经工程中心筹谋员刘志远团队协作,共同开辟袖珍生物电板系统。
受传统锂电板制造手艺启发,筹谋团队经受阴阳极远隔的优化想象:以活体水凝胶算作“阳极”,含铁氰化钾的藻酸盐水凝胶算作“阴极”,通过3D打印手艺制备出高性能电极结构,最终告捷构建了直径仅20毫米的袖珍生物电板系统。
试验罢休标明,这块袖珍电板可相识输出450毫伏电压,并收场长达10次好意思满的“自充电-放电”的供能轮回。进一步的性能测试标明,生物电板具有出色的轮回相识性,能量耗费极低,同期鼓胀幸免了传统电板中钴、锂等稀缺金属以及有毒电解质的使用,在环保方面具有权贵上风。
收场精确血压调控
“筹谋需要打破‘纸面革命’,同期要找到切实可行的应用场景。”筹谋论文第一作家王新宇先容,尽管生物电板的手艺见识新颖,但存在功率和输出电压波动(受细菌活性影响)两大局限,使得生物电板难以胜任需要握续相识供电的场景。
基于这些特质,团队对准了瞬时神经刺激这一精确医疗鸿沟——通过集成电容器系统收场电能的精确调控,告捷开辟出适用于神经调控的生物电板应用有筹画。
大鼠坐骨神经刺激试验罢休暴露,跟着生物电板输出强度的梯度加多,诱发的动作电位和肌电信号幅度呈现权贵剂量依赖性增强。此外,通过改动生物电板的输出,大鼠血压告捷出现显著着落,减弱压(高压)缩短23.5%,舒张压(低压)缩短18.7%。刺激罢手后,大鼠血压自主收复基线水平。
这些数据不仅考证了生物电板在神经侵扰诊治中的有用性,更揭示其特有上风——细菌代谢的当然波动特质反而与瞬时神经刺激的需求高度契合,为高血压等疾病的精确神经调控提供了革命措置有筹画。
据王新宇先容体育游戏app平台,团队改日打算开辟基于活体水凝胶的植入式生物电板,愚弄东谈主体血糖算作握续动力,收场医疗建树的自供能驱动。
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