隨著植入式微電子的新興需求，它本質上需要完全集成和可靠的電源。該研究報告了一種可拉伸且靈活的基于靜電紡絲的葡萄糖/O2具有葡萄糖氧化酶生物陽極、Pt/C 陰極和熱塑性聚氨酯基板的生物燃料電池，能夠適應個體運動引起的各種應力和應變。熱塑性聚氨酯的剛性苯環和彈性鏈段保證了其優越的拉伸性能。此外，通過酰胺反應在3D熱塑性聚氨酯網絡中建立活性碳納米管（CNTs-COOH）和葡萄糖氧化酶之間穩定的共價連接，以確保生物陽極的快速直接電子轉移和柔性環境中設備的穩定功率輸出。該生物燃料電池具有 0.575 V 的開路電壓和 57 µW cm
−2的高功率密度在 5 mM 葡萄糖中。此外，植入式生物燃料電池的發電性能保持穩定，其功率密度在大鼠背部彎曲、拉伸和扭曲時的28天波動有限。大鼠無明顯局部炎癥或全身異常。它滿足了令人印象深刻的生物相容性要求，展示了基于靜電紡絲的生物燃料電池作為可植入電子產品的強大自持電源的巨大潛力。
Fig 1. TPU/CNT+GO
x 詳細合成程序示意圖。圓圈突出了GO
x通過官能團的固定化。
Fig 2. a) TPU 柔性基材的 SEM 圖像、光學照片（插圖）和 b) 橫截面 SEM 圖像；c) TPU/CNT+GOx的SEM圖像、光學照片（插圖）、d）橫截面SEM圖像和高倍SEM圖像（插圖）；e) 2D CLSM 和 f) TPU/CNT+GOx 吸附 FITC 后的 3D 觀察（黑色）；g) TPU/CNT 和 TPU/CNT+GOx 的 FTIR 光譜和 h) TPU/CNT+GOx 的 C 1s 的高分辨率 XPS 光譜。
Fig 3. a) GOx活性中心與CNT之間直接電子轉移示意圖；b) TPU/CNT+GOx 和 TPU/CNT 在 0.1 M PBS 中的 CV 曲線；c) TPU/CNT+GOx 在 0.1 M PBS 中不含和含葡萄糖 (5 mM) 的 CV 曲線；d) 不同時間（第 0 天、第3 天、第 7天和 第 21天）的功率密度與電壓的關系圖 天）; e) 功率密度和開路電壓衰減保持率；f) 在 0.2 V 下，在含有 5 mM 葡萄糖的 0.1 M PBS 中進行 CA 測量；g) 可拉伸和柔性 BFC 裝置示意圖；h) BFC 裝置在 a) 松弛狀態和 b) 拉伸狀態下的示意圖；i) 拉伸100次后BFC裝置在不同拉伸伸長率（50%、100%、150%、200%、250%）下的伸長率尺寸；j) BFC裝置六個月內的應力-應變響應曲線；k) 植入式 BFC 裝置在 0.1 M PBS 中的 5 mM 葡萄糖中的 CA 測量；l) 植入式BFC裝置的奈奎斯特圖，測量條件包括松弛狀態、拉伸50%、拉伸100%、拉伸100次。
Fig 4.a) OCP 和 b) 植入式 BFC 裝置一周內的體內電流變化；c) OCP 和 d) 第2天體內 CA 測量；e) 彎曲、f) 拉伸和 g) SD 大鼠背部皮膚植入部位的扭曲條件和 h) 在 0.2 V 下的相應穩定性表征的示意圖。
Fig 5. a) 皮下植入后不同時期典型愈合過程示意圖；b) 大鼠皮下組織在 術后第 14天和第28天的宏觀和組織學圖像（H&E 染色）。
Fig 6.a) 一個月內大鼠體重變化；b–d) 肝功能的臨床血液生化參數（例如，ALP、ALT 和 AST）；e,f) 腎功能臨床血液生化參數（如 BUN 和 CRE）；g) 兩組主要器官在 術后第 14天和第 28天的組織學圖像。*P < 0.05 使用學生的 t 檢驗，n = 3。
相關研究工作由重慶大學Qiang Liao課題組于2023年在線發表在《Advanced Functional Materials》期刊上，原文：Highly Stretchable and Flexible Electrospinning-Based Biofuel Cell for Implantable Electronic。
轉自《石墨烯研究》公眾號
