灵感来自电鳗：剑桥大学研究人员开发出柔软可拉伸的“果冻电池”

盖世汽车讯 据外媒报道，剑桥大学（University of Cambridge）研究人员开发出柔软、可拉伸的“果冻电池（jelly batteries）”，可用于可穿戴设备或软体机器人，甚至可植入大脑以输送药物或治疗癫痫等疾病。

图片来源：University of Cambridge

剑桥大学的研究人员从电鳗身上汲取灵感，电鳗能够利用被称为“电细胞（electrocytes）”的改良肌肉细胞电晕猎物。与电细胞一样，剑桥大学研究人员开发的果冻状材料也具有分层结构，就像乐高粘土一样，使其能够输送电流。

这种自愈合果冻电池可以拉伸到原始长度的10倍以上，而不会影响其导电性——这是首次将可拉伸性和导电性结合在一种材料中。相关研究成果已发表在期刊《科学进展》（Science Advances）上。

该果冻电池由水凝胶制成：含水量超60%的聚合物3D网络。聚合物通过可逆的开/关相互作用结合在一起，从而控制果冻的机械性能。水凝胶能够精确控制机械性能和模拟人体组织特征，因此成为软体机器人和生物电子学的理想材料。然而，对于此类应用，水凝胶需要同时具备导电性和可拉伸性。

剑桥大学Yusuf Hamied化学系的第一作者Stephen O'Neill表示：“要设计出既具有高拉伸性又具有高导电性的材料非常困难，因为这两种特性通常是相互矛盾的。一般来说，材料拉伸后其导电性会下降。”

该论文共同作者、化学系的Jade McCune博士表示：“通常情况下，水凝胶是由带中性电荷的聚合物制成的，但如果我们给它们充电，它们就能导电。通过改变每种凝胶中的盐成分，可以使它们变得粘稠，并将它们挤压成多层，这样我们就可以建立更大的能量势能。”

传统的电子产品使用带有电子的刚性金属材料作为电荷载体，而果冻电池则像电鳗一样使用离子来携带电荷。

水凝胶由于不同层之间可以形成可逆键而彼此牢固粘附，其使用的是被称为“葫芦脲（cucurbiturils）”的桶状分子，就像分子手铐。分子手铐提供的层间强粘附性使得果冻电池可以被拉伸而不会使各层分离，更重要的是不会降低导电性。

果冻电池的特性使其有望在未来用于生物医学植入物，因为它们柔软且可以与人体组织紧密贴合。梅尔维尔聚合物合成实验室（Melville Laboratory for Polymer Synthesis）主任Oren Scherman教授表示：“我们可以定制水凝胶的机械性能，使其与人体组织相匹配。由于不含金属等刚性成分，水凝胶植入物被人体排斥或导致疤痕组织积聚的可能性要小得多。”他与工程系的George Malliaras教授合作领导了这项研究。

除了柔软之外，水凝胶还具有惊人的韧性，可以承受挤压而不会永久失去原有形状，并且在受损时可以自我修复。研究人员正在开展下一步实验，在生物体中测试水凝胶，以评估其对一系列医学应用的适用性。