导读
流动电池代表了一种有前景的技术，通过循环的电解液溶液储存电能，这些溶液中含有具有氧化还原活性的化学物质。受到氧化还原流动电池的启发，本文描述了光流动电池的概念和实现方式，该电池在循环的纳米磷光体胶体中储存光子能量。与氧化还原流动电池类似，光流动电池能够在可充电的方式下实现光子能量与化学能量之间的转换，借此通过解耦能量与功率来促进分布式能源存储。我们在常见的氧化还原流动电池评估方法的背景下，表征了这一原型光流动电池的基本单元属性和性能指标。我们设想，这种光流动电池可能为太阳能储存、活体动物中的光传输，以及医学中的光基础疗法、诊断和手术提供有用的工具。
图文摘要
01. 结论与讨论
图1. 光流动电池的设计与实现。a. 显示光流动电池设计的示意图；b. 示意图说明了Dy3+辅助的光激发能量捕获机制和FUS介导的去捕获机制，从而在SMSO材料中产生光发射；c. SMSO纳米磷光体胶体的TEM图像，插图显示了SMSO纳米磷光体胶体的高分辨透射电子显微镜（HRTEM）图像；d. (c)中SMSO纳米颗粒的尺寸分布；e. SMSO大颗粒磷光体（左）和悬浮在水中的纳米磷光体胶体（右）的荧光和明场图像（插图），注意，由于SMSO大颗粒磷光体的尺寸较大，未能稳定悬浮，导致SMSO大颗粒磷光体沉淀；f. SMSO大颗粒磷光体和纳米磷光体的XRD光谱；g. SMSO纳米磷光体的激发和机械光发射（ML）光谱；h. SMSO纳米磷光体的余辉衰减曲线；i. 显示光流动电池设置的照片；j. 显示在超声聚焦点处强烈的机械光发射（底部）与没有超声时微弱的持续光发射背景（顶部）的荧光图像；k, l. 带有（k）或不带有（l）连续365纳米充电光的时间分辨光强度测量，l中UV光关闭后的基线下降来自SMSO纳米磷光体余辉的逐渐衰减，紫色条表示365纳米充电光，而红色刻度表示FUS脉冲放电。
图2.光流动电池的充电状态和最大发射功率。a. 热图显示了不同充电时间和功率密度下SMSO纳米颗粒的充电状态，充电功率密度从1 mW/mm2增加到5 mW/mm2时，充电状态下降，因为5 mW/mm2下紫外充电光的加热效应变得显著；b, c. 光流动电池在不同FUS峰值压力（b）和脉冲持续时间（c）下的最大发射功率和体积功率容量，b中FUS脉冲持续时间为200毫秒，c中FUS峰值压力为3 MPa，数据以平均值 ± 标准差（SD）表示，基于10次独立测量。
图3. 光流动电池的能量提取效率和能量密度。a, b. 光流动电池在多个放电周期中，不同FUS峰值压力（a）和脉冲持续时间（b）下的能量提取效率，阴影表示10次独立测量的标准差（SD），顶部的红色条表示FUS脉冲的持续时间；c, d. 光流动电池在不同FUS峰值压力（c）和脉冲持续时间（d）下的能量密度，数据以平均值 ± 标准差（SD）表示，基于10次独立测量，FUS脉冲持续时间为200毫秒（a, c），FUS峰值压力为3 MPa（b, d）。
图4. 光流动电池的寿命和稳定性。a. 光流动电池的时间分辨光发射功率和FUS压力；b. 前10个充放电周期的峰值发射功率；c, d. 超过30,000个周期的峰值发射功率、体积功率容量（c）和能量提取效率（d），数据以平均值 ± 标准差（SD）表示，基于5次独立测量。
本文亮点
光流动电池可以实现活体内光传输，用于医学中的光基础疗法、诊断和手术。
作者：赵月棠
审核：方 俊
END
点击原文链接或二维码查看全文
https://link.springer.com/article/10.1007/s44258-024-00035-1
引用格式
Yao, M., Hsieh, JC., Tang, K.W.K. et al. Hydrogels in wearable neural interfaces. Med-X 2, 23 (2024). https://doi.org/10.1007/s44258-024-00040-4
作者简介
徐梓桐，美国宾夕法尼亚大学生物工程专业硕士研究生，师从蒋圆闻教授。2023年，本科毕业于香港城市大学生物医学工程系，她目前的研究方向是用于健康监测与治疗的可穿戴设备。
Guosong Hong, 美国斯坦福大学材料科学与工程助理教授。他的研究旨在桥接材料科学与神经科学，通过开发新型神经工程工具来探究和操控大脑，模糊生物世界与非生物世界之间的界限。Hong实验室目前正在开发基于超声、红外和射频的体内神经接口，具有最小侵入性、高时空分辨率和细胞类型特异性。
他博士于2014年获得斯坦福大学化学博士学位，随后在哈佛大学进行博士后研究。2018年，Hong博士加入斯坦福大学材料科学与工程系和神经科学研究所，担任助理教授。他曾获得NIH独立路径奖（K99/R00），MIT技术评论“35位35岁以下创新者”奖，科学神经调节PINS奖，NSF CAREER奖，Walter J. Gores教学卓越奖以及Rita Allen基金会学者奖。
Med-X期刊二维码
Med-X期刊投稿要求
https://www.springer.com/journal/44258/submission-guidelines
Med-X期刊中文简介
Med-X 期刊是由上海交通大学创办，Springer Nature出版的国际开放获取期刊。期刊旨在办成生物医学工程(BME)领域综合性的国际一流期刊，报道突破性新发现和新技术，搭建高水平学术交流和传播平台。2022年，Med-X期刊成功入选中国科技期刊“卓越行动计划”高起点新刊。Med-X 期刊由上海交通大学副校长、讲席教授徐学敏及美国加州大学洛杉矶分校生物工程系主任、校长讲席教授李松共同担任主编。上海交通大学生物医学工程学院讲席教授郑诚功、长聘教授童善保、美国密歇根大学Brian Fowlkes教授担任执行主编。Med-X期刊组建了一个高水平国际化的编委团队，由120多名来自16个国家的世界顶尖科学家组成。
Med-X 期刊发文聚焦生物医学工程领域，包括但不限于以下10个前沿专题：分子与细胞工程，生物材料与组织工程，药物、基因和细胞输送系统，免疫工程，生物力学与机械生物学，生物热科学与工程，生物医学仪器与生物传感器，医学机器人、人工智能和远程医疗，生物医学影像学，生物信息学和计算生物学等。
