[发明专利]多孔抗污界面、电池电极、电池及制备方法

说明书

本发明涉及体内能源电池领域，更具体地说，涉及一种多孔抗污界面、电池电极、电池及制备方法。针对生物燃料电池植入体内后受到体液影响，电极表面会产生生物污染并失活，导致其性能严重降低的问题，本发明提供了一种多孔抗污界面、电池电极、电池及制备方法，生物燃料电池由生物负极及部分绝缘的生物正极加捻组成，且正负极分别由碳纳米管纤维、用于电子转移调节的介体和多孔抗污界面组成，该界面由酶、抗污聚合物和阳离子聚合物组成：采用抗污聚合物来抵抗生物体液中细胞及蛋白质的污染，阳离子聚合物增强电极表面酶的固定，且多孔网络结构使反应物持续渗透。实现了生物燃料电池植入体内后能够保持稳定、高性能的输出。

技术领域

本发明涉及体内能源电池领域，更具体地说，涉及一种多孔抗污界面、电池电极、电池及制备方法。

背景技术

植入式电子器件具有实时健康监测、疾病诊疗、人机交互、人体增强等功能，有望推动生物医疗、人工智能、军事国防等多个重大战略领域的产业革命，是目前国际上被重点研究的一个前沿技术。然而，体内能源供给是该领域发展的关键难题。生物燃料电池利用作为生物催化剂的酶来获取能源。它能够将体内葡萄糖等生物质中的化学能转换为电能，有望从生物体中持续获取能源，成为长期可靠的植入式能源获取器件。

在过去的十几年里，研究者尝试开发了植入式生物燃料电池并成功在蜗牛、蛤蜊、蟑螂、老鼠、兔子等生物体中实现了能源获取。然而，由于生物燃料电池是半开放体系，植入体内后，受生物体液影响严重，导致其性能衰退及使用寿命降低。主要原因为：一方面，生物体液中的细胞、蛋白质等极易吸附污染器件表面并形成致密的生物污染层，极大阻碍了生物催化反应的进行；另一方面，生物体液一直处于动态流动的状态，这使得电极表面的酶会被体液冲刷以致脱落，导致电池性能迅速衰退。目前还未有研究或发明考虑到生物燃料电池受生物体液负面影响的问题，器件的体内性能还远小于体外性能。

发明内容

1.要解决的技术问题

针对现有技术中生物燃料电池在体液中工作时，受生物体液负面影响，发生生物污染及酶脱落等问题，本发明提供了一种多孔抗污界面、电池电极、电池及制备方法，它不仅能抵抗体液的生物污染，还能持续渗透反应物，并改善了酶的固定，进一步提高整体生物电催化性能，为应用于生物医学的高性能植入电子器件开辟了新的方向。

2.技术方案

本发明的目的通过以下技术方案实现。

本方案根据上述要求，提供了一种具有多孔抗污界面的高功率植入式生物燃料电池，由具有多孔抗污界面的负极纤维及部分绝缘的正极纤维加捻组成。

优选的，所述的具有多孔抗污界面的部分绝缘的正极纤维由聚二甲基硅氧烷涂覆在碳纳米管纤维的上半部分实现绝缘，在剩余未绝缘部分，由内而外依次设置电化学沉积层2-氨基蒽和多孔抗污界面以同轴结构组成。

所述的负极纤维由内而外依次设置碳纳米管纤维、电化学沉积层聚亚甲基蓝和多孔抗污界面以同轴结构组成。

所述的一种具有多孔抗污界面的高功率植入式生物燃料电池，所述的多孔抗污界面由按比例混合的酶溶液、聚乙烯醇溶液和聚(乙烯醇)-N-甲基-4(4'-甲酰基苯乙烯基)吡啶鎓甲硫酸乙缩醛溶液作为前驱体溶液，经光聚合反应形成。

多孔抗污界面的制备方法，具体步骤如下：

将多孔抗污界面的前驱体溶液均匀涂覆在生物电极表面，于室温下经紫外灯照射(λ＝365nm)15-45min得到。

优选的，所述的多孔抗污界面的前驱体溶液的制备步骤如下：

将质量为0.05-0.1g的聚乙烯醇加入到体积为10-20mL的去离子水中，于80-97℃的条件下搅拌溶解，得到聚乙烯醇溶液；