Salinity power generation based biocompatible bacterial cellulose/MXene membrane for biological power source

细菌纤维素 生物相容性材料 材料科学 纤维素 盐度 功率(物理) 纳米技术 化学工程 生物 生态学 生物化学 生物医学工程 医学 物理 量子力学 工程类
作者
Baoxiu Wang,Jiahui Li,Zhuotong Wu,Nan Sheng,Minghao Zhang,Zhiliang Han,Mengtian Jin,Jing Li,Xiangguo Lv,Kangkang Ou,Huaping Wang,Shiyan Chen
出处
期刊:Nano Energy [Elsevier]
卷期号:102: 107702-107702 被引量:37
标识
DOI:10.1016/j.nanoen.2022.107702
摘要

Powering implanted medical devices (IMDs) is still a challenge since the biological system requires biocompatible, stable, and miniaturized electrical power sources. Making use of the salinity gradient is an attractive and efficient way to generate power. Here, we demonstrate the ion-channel-mimetic negatively charged bacterial cellulose (NBC)/MXene nanofluidic membrane as an osmotic nanopower generator. The introduction of NBC nanofibers into MXene nanosheets brings space charge and enhances ion flux. Considering the in vivo application, saline gelatin hydrogels are used as solid electrolytes for the first time. Benefiting from the combination of one-dimensional (1D) nanofibers and two-dimensional (2D) MXene sheets, a power density of 2.58 W m −2 is obtained under a 100-fold concentration gradient of solid electrolyte. This work demonstrates that salinity energy conversion can also be achieved using solid electrolytes. Moreover, the results of in vitro and in vivo evaluations demonstrate the good biocompatibility of the hybrid membranes. The high-performance osmotic energy conversion and good biocompatibility of the NBC/MXene membrane make it a promising tissue-integrated battery for powering implanted medical devices. • We report salinity power generation based on biocompatible NBC/MXene membrane. • Saline gelatin hydrogel is firstly used as solid electrolyte for osmotic energy conversion. • The combination of NBC and MXene can promote ion flux for enhanced output power density. • Our work provides a new insight in the design of utilizing osmotic energy as biological power source.
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