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马里兰大学的工程师发明了一种全新的电池。它具有生物相容性，因为它可以产生人类和其他生物所使用的相同种类的离子电能。

在我们的身体中，流动的离子(钠，钾和其他电解质)是为大脑提供动力并控制心脏节律，肌肉运动等的电信号。

在传统电池中，电能或电流以移动电子的形式流动。通过将正离子从电池的一端(电极)移动到另一端，电池内的电子电流在电池内产生。新的UMD电池正好相反。它在设备中移动电子以传递能量，即离子流。这是第一次发明离子电流发生电池。

“我的目​​的是让离子系统与人体系统接口，”开发这种电池的团队负责人梁良兵说。胡是马里兰大学帕克分校的材料科学教授。他还是马里兰大学能源研究中心的成员，也是由能源部赞助的电能储存能源前沿研究中心纳米结构的主要研究员，该研究中心资助了该研究。

“所以我提出了电池的逆向设计，”胡说。“在典型的电池中，电子通过电线流向电子接口，离子流过电池隔板。在我们的反向设计中，传统电池电子短路(这意味着电子流过金属线)。然后离子必须流动通过外部离子电缆。在这种情况下，离子电缆中的离子 - 这里是草纤维 - 可以与生命系统连接。“

胡和他的同事们的工作发表在7月24日出版的“ 自然通讯”上。

“潜在的应用可能包括开发下一代设备，以微操纵神经元活动和相互作用，可以预防和/或治疗阿尔茨海默病和抑郁症等医疗问题，”集团成员张建华博士说。国家糖尿病和消化和肾脏疾病研究所(NIDDK)，马里兰州贝塞斯达国立卫生研究院的一部分。

进行生物实验的张说，“这种电池可用于为残疾人开发医疗设备，或用于研究和临床环境中更有效的药物和基因传递工具，以更精确地治疗癌症和其他医学疾病。”测试新电池成功传输电流到活细胞..

“在科学的视野中遥遥领先，人们也希望这项发明可能有助于建立直接机器和人类交流的可能性，”他说。

生物兼容的生物材料电池

由于活细胞以离子电流工作，现有电池提供电子电流，科学家此前曾尝试通过将电子电流修补成离子电流来弄清楚如何在这两者之间建立生物相容性。这种方法的问题是电子电流需要达到一定的电压才能跳过电子系统和离子系统之间的间隙。然而，在生命系统中，离子电流以非常低的电压流动。因此，对于电子 - 离子贴片，感应电流将太高而不能运行，例如大脑或肌肉。通过使用可以在任何电压下运行的离子电流电池可以消除这个问题。

新的UMD电池还有另一个不寻常的功能 - 它使用草来储存能量。为了制造电池，研究小组将肯塔基蓝草的叶片浸泡在锂盐溶液中。曾经在草叶上下移动养分的通道是保持溶液的理想管道。

研究小组创建的示范电池看起来像两个玻璃管，内部有一片草叶，每个玻璃管顶部都有一根细金属丝连接。当存储的能量缓慢放电时，导线是电子流过的地方，从电池的一端移动到另一端。在每个玻璃管的另一端是金属尖端，离子电流通过该金属尖端流动。

研究人员证明离子电流是通过将电池的末端接触到浸有锂的棉线的两端而流动的，中间有一个蓝色染色的铜离子点。正如研究人员预测的那样，在离子电流中，铜沿着弦向着带负电的极移动。

“草中的微通道可以容纳盐溶液，使其成为稳定的离子导体，”该论文的第一作者，大学公园马里兰大学材料科学与工程系的研究生王成伟说。

然而，该团队计划使他们可以生产的离子电流电子电池的种类多样化。“我们正在开发具有纤维素，水凝胶和聚合物的多种离子导体，”Wang说。

这不是UMD科学家第一次在新用途中测试天然材料。胡先生和他的团队以前一直在研究用于电子电池的纤维素和植物材料，用木头制作电池和超级电容器，用叶子制作电池。他们还创造了透明木材作为玻璃窗的潜在更节能替代品。

创作

加州大学圣地亚哥分校纳米工程副教授刘平没有参与这项研究，他说：“这项工作非常具有创造性，其主要价值在于为生物系统提供离子流，而不会产生其他危险。最终，这项工作的影响实际上在于是否可以找到更小，更具生物相容性的连接材料，然后更直接，更有效地与细胞和生物体相互作用。“