[發(fā)明專利]一種基于發(fā)電細(xì)胞的活性生物電池構(gòu)建方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710353182.4
• 申請(qǐng)日: 2017-05-18
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN107151646B
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-07-09
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 賀健康;李滌塵;張兵;唐昊煜
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 西安交通大學(xué)
• 主分類號(hào): C12N5/071
• 分類號(hào): C12N5/071;H01M6/00;H01M10/36
• 代理公司: 西安智大知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所 61215
• 代理人: 賀建斌

1.一種基于發(fā)電細(xì)胞的活性生物電池構(gòu)建方法，其特征在于，包括以下步驟：

1)選取帶電魚(yú)類，分離帶電器官，提取器官內(nèi)部的發(fā)電細(xì)胞，形成發(fā)電細(xì)胞懸浮液或發(fā)電細(xì)胞與水凝膠的混合溶液，發(fā)電細(xì)胞濃度為1×10⁵至1×10⁷個(gè)/ml，作為發(fā)電細(xì)胞打印/擠出成型的材料；

2)配制用于微納纖維制造的生物材料與導(dǎo)電材料的混合溶液，首先配制質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1％至15％的生物材料溶液，然后加入導(dǎo)電材料使導(dǎo)電材料的濃度為10mg/ml至100mg/ml，通過(guò)溶解或超聲分散形成均勻的生物導(dǎo)電材料復(fù)合溶液，用于導(dǎo)電納米纖維的打??；

3)采用靜電紡絲或微納3D打印技術(shù)將生物導(dǎo)電材料復(fù)合溶液制造成具有微納纖維結(jié)構(gòu)的支架，用于發(fā)電細(xì)胞的生長(zhǎng)攀附和定向，經(jīng)過(guò)消毒處理后，將制備的發(fā)電細(xì)胞懸浮液或發(fā)電細(xì)胞與水凝膠的混合溶液種植或打印在具有微納纖維結(jié)構(gòu)的支架上，獲得微納結(jié)構(gòu)與發(fā)電細(xì)胞的復(fù)合結(jié)構(gòu)體；

4)將微納結(jié)構(gòu)與細(xì)胞的復(fù)合結(jié)構(gòu)體在體外培養(yǎng)，使細(xì)胞按照纖維的方向定向生長(zhǎng)與增殖，實(shí)現(xiàn)細(xì)胞串聯(lián)；

5)將實(shí)現(xiàn)細(xì)胞串聯(lián)的微納結(jié)構(gòu)與細(xì)胞的復(fù)合結(jié)構(gòu)體進(jìn)行卷裹或疊加，獲得三維的活性生物電池結(jié)構(gòu)，然后放入由絕緣材料制造的動(dòng)態(tài)生物反應(yīng)器內(nèi)部進(jìn)行培養(yǎng)，形成穩(wěn)定的電能輸出；

所述的步驟1)中的帶電魚(yú)類為電鰻或電鰩；

所述的步驟1)中的水凝膠為膠原、纖維蛋白或明膠；

所述的步驟5)中的絕緣材料為硅橡膠或有機(jī)玻璃；

所述的基于發(fā)電細(xì)胞的活性生物電池構(gòu)建方法均在無(wú)菌環(huán)境下進(jìn)行；

所述的步驟2)中的導(dǎo)電材料選自納米銀、導(dǎo)電聚合物、碳納米管、石墨烯或它們的混合物，生物材料選自聚氧化乙烯、聚己內(nèi)酯、聚乳酸、殼聚糖、絲素蛋白或它們的混合物。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于發(fā)電細(xì)胞的活性生物電池構(gòu)建方法，其特征在于：所述的活性生物電池結(jié)構(gòu)包括發(fā)電模塊(3)和電池外殼(4)，發(fā)電模塊(3)由發(fā)電細(xì)胞(1)、微納導(dǎo)電纖維(2)和細(xì)胞營(yíng)養(yǎng)液(5)組成，發(fā)電細(xì)胞(1)為生物電池產(chǎn)生電能的基礎(chǔ)單元；發(fā)電細(xì)胞(1)之間由微納導(dǎo)電纖維(2)進(jìn)行串聯(lián)或并聯(lián)連接；發(fā)電細(xì)胞(1)生存在細(xì)胞營(yíng)養(yǎng)液(5)內(nèi)，電池外殼(4)作用是對(duì)發(fā)電模塊(3)進(jìn)行封裝及保護(hù)，根據(jù)不同的使用場(chǎng)合選用不同的絕緣材料及形狀。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于發(fā)電細(xì)胞的活性生物電池構(gòu)建方法，其特征在于，包括以下步驟：

1)選取電鰻、電鰩帶電魚(yú)類，分離帶電器官，提取器官內(nèi)部的發(fā)電細(xì)胞，形成發(fā)電細(xì)胞與水凝膠的混合溶液，發(fā)電細(xì)胞濃度為1×10⁵至1×10⁷個(gè)/ml，用于發(fā)電細(xì)胞在微納導(dǎo)電纖維支架上的打??；

2)配制用于微納纖維制造的生物材料與導(dǎo)電材料的混合溶液，先配制質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2％的聚氧化乙烯的醋酸溶液，加入聚己內(nèi)酯粉末使聚己內(nèi)酯的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5％，形成生物材料溶液；然后加入納米銀線溶液使納米銀線的濃度為10mg/mL，使用磁力攪拌棒攪拌12小時(shí)后，超聲震蕩20分鐘，形成均勻的生物導(dǎo)電材料復(fù)合溶液；

3)采用近場(chǎng)靜電紡絲技術(shù)將生物導(dǎo)電材料復(fù)合溶液制造成具有有微納纖維結(jié)構(gòu)的支架，用于發(fā)電細(xì)胞的生長(zhǎng)攀附和定向，經(jīng)過(guò)消毒處理后，將制備的發(fā)電細(xì)胞與水凝膠的混合溶液通過(guò)靜電打印工藝打印在具有微納纖維結(jié)構(gòu)的支架上，獲得微納結(jié)構(gòu)與發(fā)電細(xì)胞的復(fù)合結(jié)構(gòu)體；

4)將微納結(jié)構(gòu)與細(xì)胞的復(fù)合結(jié)構(gòu)體在體外培養(yǎng)，使細(xì)胞按照纖維的方向定向生長(zhǎng)與增殖，實(shí)現(xiàn)細(xì)胞串聯(lián)；

5)將實(shí)現(xiàn)細(xì)胞串聯(lián)的微納結(jié)構(gòu)與細(xì)胞的復(fù)合結(jié)構(gòu)體進(jìn)行卷裹或疊加，獲得三維的活性生物電池結(jié)構(gòu)，然后放入由絕緣材料制造的動(dòng)態(tài)生物反應(yīng)器內(nèi)部進(jìn)行培養(yǎng)，形成穩(wěn)定的電能輸出。