研究人员创造了柔软、可伸展的“果冻电池”，这些电池在可穿戴设备、柔性机器人，甚至医学用途（如药物传递或管理癫痫等疾病）方面可能有各种应用。
研究人员设计了柔软、可伸展的“果冻电池”，这些电池可以用于可穿戴设备、柔性机器人，甚至嵌入大脑以传递药物或治疗癫痫等疾病。
剑桥大学的研究团队发现他们的灵感来自电鳗，电鳗利用被称为电解质的改良肌肉细胞来麻痹猎物。
与电解质类似，剑桥研究人员开发的果冻状材料具有分层结构，类似于黏性的乐高积木，能够导电。
这些自愈的果冻电池可以拉伸到原始长度的十倍以上而不失去导电能力——这是首次在单一材料中融合了可伸展性和导电性的实例。研究成果已发表在《科学进展》期刊上。
果冻电池由水凝胶制成：3D聚合物网络，水含量超过60%。这些聚合物通过可逆相互作用相连，以调节果冻的机械特性。
精确管理机械特性并模仿人体组织特征的能力使水凝胶成为柔性机器人和生物电子应用的优秀候选者。然而，为了实现这些用途，它们必须同时具有导电性和可延展性。
“创造一种既高度可伸展又高度导电的材料是个挑战，因为这两种特性通常是相互冲突的，”剑桥大学尤素福·哈米德化学系的主要作者斯蒂芬·奥尼尔指出。“通常，当材料被拉伸时，其导电性会降低。”
“通常，水凝胶由带中性电荷的聚合物组成，但当带电时，它们可以导电，”化学系的共同作者杰德·麦克昆博士解释道。“通过改变每种果冻的盐成分，我们可以使它们变得粘性，将它们堆叠成多个层，从而建立更大的能量容量。”
传统电子设备使用刚性的金属材料，以电子作为载流子，而果冻电池则依赖离子进行电荷传输，类似于电鳗。
水凝胶由于可以在不同层之间形成可逆键而强烈粘附在一起，使用了名为黄瓜烯的桶状分子，像分子手铐一样起作用。这种通过手铐状分子促进的强大粘附力使得果冻电池能够伸展，而不分离层，关键的是不影响导电性。
果冻电池的独特特性使它们在生物医学植入物中具有广泛的应用前景，因为它们柔软且可以塑造为人体组织。“我们可以调整水凝胶的机械特性来匹配人体组织，”梅尔维尔聚合物合成实验室主任、与工程系的乔治·马利亚拉斯教授合作开展研究的奥伦·舍尔曼教授指出。“由于它们不含金属等刚性组件，水凝胶植入物不太可能被身体排斥或导致疤痕组织的形成。”
除了柔软性，水凝胶表现出惊人的韧性。它们可以承受压缩而不会永久失去原来的形状，并且在受损时能够自我修复。
研究人员计划进行更多实验，以在活体生物中评估水凝胶以判断其在多种医疗用途中的适用性。
这项研究得到了欧洲研究委员会和工程与物理科学研究委员会（EPSRC）的资助，属于英国研究与创新（UKRI）。奥伦·舍尔曼与剑桥大学耶稣学院有联系，是一名研究员。
