全可降解生物能收集器件BD-TENG研制成功

　　近年來，新一代植入式醫(yī)療電子設備由于其外型或使用上更為靈巧、方便，已成為全球醫(yī)療研發(fā)熱點，它能夠修復人體機能，實時監(jiān)測各種健康數(shù)據(jù)。例如，心臟起搏器能夠幫助心臟保持正常跳動，腦傳感器可以監(jiān)測患者大腦中潛在的危險腫脹，然而，當植入式電子設備的電源耗盡時，為避免引起炎癥或者副作用，它們需要被移出體外，但是移除手術可能會引發(fā)潛在的危險并發(fā)癥，如何有效規(guī)避風險并為植入式電子設備提供足夠功耗？科學家們正致力于研制一種需要時可以安全植入體內(nèi)，一旦不再需要即可溶解的植入式瞬態(tài)電子器件。這種由可降解的有機和無機材料制造的瞬態(tài)電子器件是一個新興的研究領域，在體內(nèi)傳感器和治療儀器兩方面都有巨大的潛力。

　　針對上述問題，中國科學院北京納米能源與系統(tǒng)研究所研究員李舟和王中林課題組提出了一種生物全可降解的摩擦納米發(fā)電機（BD-TENG），可有效收集體內(nèi)的生物機械能并轉(zhuǎn)換為電能，同時給各種植入式瞬態(tài)電子器件供電。該器件在生物體內(nèi)完成其工作周期后可以自動降解并被吸收，沒有任何副作用。

　　助理研究員鄭強基于常見的摩擦電效應和靜電感應原理，選用輕質(zhì)柔軟、來源廣泛且生物相容性良好的幾種生物可降解的高分子材料，開發(fā)出該可降解的能源轉(zhuǎn)換裝置。該器件受到生物機械力作用時，由兩種不同得失電子能力的可降解薄膜材料構(gòu)成的摩擦層會持續(xù)地接觸分離，一個材料的表面可以從另一個材料表面得到電子，從而產(chǎn)生持續(xù)的電輸出。

　　在該研究中，研究人員通過使用不同材料來構(gòu)建BD-TENG，其電輸出能力和降解特性能夠根據(jù)植入式電子器件具體的電力需求來進行個性化的設計。開發(fā)的生物降解納米發(fā)電機（BD-TENG）功率密度達到32.6 mW/m2，使用壽命則在幾小時到幾年之間可以進行調(diào)控。研究者們利用BD-TENG來給基于兩個互補的微柵電極的神經(jīng)刺激裝置通電，產(chǎn)生一個直流脈沖電場，成功實現(xiàn)了神經(jīng)細胞的定向生長，顯示出其用于神經(jīng)修復過程的可行性，同時表明了其作為瞬態(tài)醫(yī)療器件電源的潛力。未來的設備可以被來自心跳或者呼吸的機械能所驅(qū)動，“我們的研究結(jié)果提供了實現(xiàn)電子設備全可降解的有效途徑”，王中林說道，“BD-TENG可以回收和利用人體生物機械能，并使整個裝置可以在體內(nèi)被吸收，而不需要通過額外的手術移除?！?/FONT>