浙江大学最新Cell子刊：贺永/吴梦婕/尹俊合作开发生物水凝胶电池，用于组织再生和心脏起搏

撰文丨王聪

编辑丨王多鱼

排版丨水成文

传统电池存在生物相容性差和不可生物降解的问题，这严重限制了其在生物医学电子植入物中的进一步应用。

2026 年 1 月 20 日，浙江大学机械工程学院贺永教授、尹俊研究员及浙江大学医学院附属口腔医院吴梦婕教授等，在 Cell 子刊Cell Biomaterials上发表了题为：A biohydrogel battery 的研究论文。

在这项最新研究中，研究团队开发了一种可降解的柔性电池——光聚合 3D 打印的生物水凝胶电池，其能够在 1.5 V 电压下维持 0.001 - 6 mA 的稳定电流。

这种生物水凝胶电池具有 50 微米的高打印精度，其拉伸应变和压缩率分别达到 200% 和 95%，与生物组织的机械性能相匹配。此外，它能够以双电流模式运行，提供微电流（0.001 - 1 mA）促进组织再生，以及高电流（1 - 6 mA）实现有效的心脏起搏，为组织刺激和生物医学应用提供了新的途径。

水凝胶（hydrogel）作为三维交联聚合物网络，其结构和功能与生物组织具有相似性，在生物工程领域具有巨大潜力。水凝胶具有出色的生物相容性、柔软性、可调的机械性能以及高度的水合度，与生物体内的组织高度匹配，因此在生物传感器、药物递送、组织工程和电子皮肤等生物应用中得到了广泛应用。尽管水凝胶在生物电子学领域具有诸多显著优势，但其实际应用仍受到诸多挑战的阻碍，尤其是在需要整合多种材料和功能方面。

镓基液态金属在室温下呈无定形结构且处于液态，其模量低且表面润湿性良好，能与水凝胶有效结合。这种结构提高了水凝胶的电导率和机械性能，促进了其在柔性生物电子设备中的应用。然而，液态金属与水凝胶的结合，主要局限于传感器和物理化学检测领域，在能源领域的探索则较为有限。

尽管生物电子设备的供电系统至关重要，但现有电池在生物医学领域的应用仍受到显著限制。传统电池通常存在生物相容性差、不可降解、刚性大以及质量大等问题，这会增加对周围组织造成损害的风险，并引发潜在毒性的担忧。例如，不可降解的金属基电池会在体内积聚并引发长期的毒性效应。此外，当前的能量转换和存储系统难以满足灵活适应和长期性能的要求。

因此，开发一种水凝胶作为电解质和结构支撑来实现能量存储和转换的具有高能量密度、生物相容性和体内可降解性的电池，已成为生物工程领域的关键挑战。

在这项最新研究中，研究团队首次通过光聚合-3D 打印方法设计并探索了一种可降解的生物水凝胶电池（biohydrogel battery，BHB），采用导电离子型硫酸软骨素甲基丙烯酰酯（ChsMA）-明胶甲基丙烯酰酯（GelMA）水凝胶和 InGa3-Cu 纳米颗粒分别用作电解质和电极，其展现出卓越的机械性能和生物相容性。

该生物水凝胶电池在降解期间可产生稳定电流，在内部离子梯度的驱动下，InGa3-Cu 纳米颗粒自发降解以释放自由离子，从而在 1.5 V 电压时维持 0.001 - 6 mA 的稳定电流。

这种生物水凝胶电池具有 50 微米的高打印精度，其拉伸应变和压缩率分别达到 200% 和 95%，与生物组织的机械性能相匹配。此外，它能够以双电流模式运行，提供微电流（0.001 - 1 mA）促进组织再生，以及高电流（1 - 6 mA）实现有效的心脏起搏，为组织刺激和生物医学应用提供了新的途径。

论文链接：

https://www.cell.com/cell-biomaterials/fulltext/S3050-5623(25)00180-1