[发明专利]一种基于发电细胞的活性生物电池构建方法

权利要求书

1.一种基于发电细胞的活性生物电池构建方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)选取带电鱼类，分离带电器官，提取器官内部的发电细胞，形成发电细胞悬浮液或发电细胞与水凝胶的混合溶液，发电细胞浓度为1×10⁵至1×10⁷个/ml，作为发电细胞打印/挤出成型的材料；

2)配制用于微纳纤维制造的生物材料与导电材料的混合溶液，首先配制质量分数为1％至15％的生物材料溶液，然后加入导电材料使导电材料的浓度为10mg/ml至100mg/ml，通过溶解或超声分散形成均匀的生物导电材料复合溶液，用于导电纳米纤维的打印；

3)采用静电纺丝或微纳3D打印技术将生物导电材料复合溶液制造成具有微纳纤维结构的支架，用于发电细胞的生长攀附和定向，经过消毒处理后，将制备的发电细胞悬浮液或发电细胞与水凝胶的混合溶液种植或打印在具有微纳纤维结构的支架上，获得微纳结构与发电细胞的复合结构体；

4)将微纳结构与细胞的复合结构体在体外培养，使细胞按照纤维的方向定向生长与增殖，实现细胞串联；

5)将实现细胞串联的微纳结构与细胞的复合结构体进行卷裹或叠加，获得三维的活性生物电池结构，然后放入由绝缘材料制造的动态生物反应器内部进行培养，形成稳定的电能输出；

所述的步骤1)中的带电鱼类为电鳗或电鳐；

所述的步骤1)中的水凝胶为胶原、纤维蛋白或明胶；

所述的步骤5)中的绝缘材料为硅橡胶或有机玻璃；

所述的基于发电细胞的活性生物电池构建方法均在无菌环境下进行；

所述的步骤2)中的导电材料选自纳米银、导电聚合物、碳纳米管、石墨烯或它们的混合物，生物材料选自聚氧化乙烯、聚己内酯、聚乳酸、壳聚糖、丝素蛋白或它们的混合物。

2.根据权利要求1所述的一种基于发电细胞的活性生物电池构建方法，其特征在于：所述的活性生物电池结构包括发电模块(3)和电池外壳(4)，发电模块(3)由发电细胞(1)、微纳导电纤维(2)和细胞营养液(5)组成，发电细胞(1)为生物电池产生电能的基础单元；发电细胞(1)之间由微纳导电纤维(2)进行串联或并联连接；发电细胞(1)生存在细胞营养液(5)内，电池外壳(4)作用是对发电模块(3)进行封装及保护，根据不同的使用场合选用不同的绝缘材料及形状。

3.根据权利要求1所述的一种基于发电细胞的活性生物电池构建方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)选取电鳗、电鳐带电鱼类，分离带电器官，提取器官内部的发电细胞，形成发电细胞与水凝胶的混合溶液，发电细胞浓度为1×10⁵至1×10⁷个/ml，用于发电细胞在微纳导电纤维支架上的打印；

2)配制用于微纳纤维制造的生物材料与导电材料的混合溶液，先配制质量分数为2％的聚氧化乙烯的醋酸溶液，加入聚己内酯粉末使聚己内酯的质量分数为5％，形成生物材料溶液；然后加入纳米银线溶液使纳米银线的浓度为10mg/mL，使用磁力搅拌棒搅拌12小时后，超声震荡20分钟，形成均匀的生物导电材料复合溶液；

3)采用近场静电纺丝技术将生物导电材料复合溶液制造成具有有微纳纤维结构的支架，用于发电细胞的生长攀附和定向，经过消毒处理后，将制备的发电细胞与水凝胶的混合溶液通过静电打印工艺打印在具有微纳纤维结构的支架上，获得微纳结构与发电细胞的复合结构体；

4)将微纳结构与细胞的复合结构体在体外培养，使细胞按照纤维的方向定向生长与增殖，实现细胞串联；

5)将实现细胞串联的微纳结构与细胞的复合结构体进行卷裹或叠加，获得三维的活性生物电池结构，然后放入由绝缘材料制造的动态生物反应器内部进行培养，形成稳定的电能输出。