随着植入式微电子的新兴需求，它本质上需要完全集成和可靠的电源。该研究报告了一种可拉伸且灵活的基于静电纺丝的葡萄糖/O2具有葡萄糖氧化酶生物阳极、Pt/C 阴极和热塑性聚氨酯基板的生物燃料电池，能够适应个体运动引起的各种应力和应变。热塑性聚氨酯的刚性苯环和弹性链段保证了其优越的拉伸性能。此外，通过酰胺反应在3D热塑性聚氨酯网络中建立活性碳纳米管（CNTs-COOH）和葡萄糖氧化酶之间稳定的共价连接，以确保生物阳极的快速直接电子转移和柔性环境中设备的稳定功率输出。该生物燃料电池具有 0.575 V 的开路电压和 57 µW cm ⁻²的高功率密度在 5 mM 葡萄糖中。此外，植入式生物燃料电池的发电性能保持稳定，其功率密度在大鼠背部弯曲、拉伸和扭曲时的28天波动有限。大鼠无明显局部炎症或全身异常。它满足了令人印象深刻的生物相容性要求，展示了基于静电纺丝的生物燃料电池作为可植入电子产品的强大自持电源的巨大潜力。

 
Fig 1. TPU/CNT+GO_x 详细合成程序示意图。圆圈突出了GO_x通过官能团的固定化。

 
Fig 2. a) TPU 柔性基材的 SEM 图像、光学照片（插图）和 b) 横截面 SEM 图像；c) TPU/CNT+GOx的SEM图像、光学照片（插图）、d）横截面SEM图像和高倍SEM图像（插图）；e) 2D CLSM 和 f) TPU/CNT+GOx 吸附 FITC 后的 3D 观察（黑色）；g) TPU/CNT 和 TPU/CNT+GOx 的 FTIR 光谱和 h) TPU/CNT+GOx 的 C 1s 的高分辨率 XPS 光谱。

 
Fig 3. a) GOx活性中心与CNT之间直接电子转移示意图；b) TPU/CNT+GOx 和 TPU/CNT 在 0.1 M PBS 中的 CV 曲线；c) TPU/CNT+GOx 在 0.1 M PBS 中不含和含葡萄糖 (5 mM) 的 CV 曲线；d) 不同时间（第 0 天、第3 天、第 7天和 第 21天）的功率密度与电压的关系图 天）; e) 功率密度和开路电压衰减保持率；f) 在 0.2 V 下，在含有 5 mM 葡萄糖的 0.1 M PBS 中进行 CA 测量；g) 可拉伸和柔性 BFC 装置示意图；h) BFC 装置在 a) 松弛状态和 b) 拉伸状态下的示意图；i) 拉伸100次后BFC装置在不同拉伸伸长率（50%、100%、150%、200%、250%）下的伸长率尺寸；j) BFC装置六个月内的应力-应变响应曲线；k) 植入式 BFC 装置在 0.1 M PBS 中的 5 mM 葡萄糖中的 CA 测量；l) 植入式BFC装置的奈奎斯特图，测量条件包括松弛状态、拉伸50%、拉伸100%、拉伸100次。

 
Fig 4.a) OCP 和 b) 植入式 BFC 装置一周内的体内电流变化；c) OCP 和 d) 第2天体内 CA 测量；e) 弯曲、f) 拉伸和 g) SD 大鼠背部皮肤植入部位的扭曲条件和 h) 在 0.2 V 下的相应稳定性表征的示意图。

 
Fig 5. a) 皮下植入后不同时期典型愈合过程示意图；b) 大鼠皮下组织在 术后第 14天和第28天的宏观和组织学图像（H&E 染色）。

 
Fig 6.a) 一个月内大鼠体重变化；b–d) 肝功能的临床血液生化参数（例如，ALP、ALT 和 AST）；e,f) 肾功能临床血液生化参数（如 BUN 和 CRE）；g) 两组主要器官在 术后第 14天和第 28天的组织学图像。*P < 0.05 使用学生的 t 检验，n = 3。

       相关研究工作由重庆大学Qiang Liao课题组于2023年在线发表在《Advanced Functional Materials》期刊上，原文：Highly Stretchable and Flexible Electrospinning-Based Biofuel Cell for Implantable Electronic。

转自《石墨烯研究》公众号