近年來(lái)，新一代植入式醫(yī)療電子設(shè)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(diǎn)，它能夠修復(fù)人體機(jī)能，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)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(dòng)，腦傳感器可以監(jiān)測(cè)患者大腦中潛在的危險(xiǎn)腫脹，然而，當(dāng)植入式電子設(shè)備的電源耗盡時(shí)，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(shù)可能會(huì)引發(fā)潛在的危險(xiǎn)并發(fā)癥，如何有效規(guī)避風(fēng)險(xiǎn)并為植入式電子設(shè)備提供足夠功耗？科學(xué)家們正致力于研制一種需要時(shí)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(jī)和無(wú)機(jī)材料制造的瞬態(tài)電子器件是一個(gè)新興的研究領(lǐng)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(duì)上述問(wèn)題，中國(guó)科學(xué)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(jī)（BD-TENG），可有效收集體內(nèi)的生物機(jī)械能并轉(zhuǎn)換為電能，同時(shí)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(dòng)降解并被吸收，沒(méi)有任何副作用。

　　助理研究員鄭強(qiáng)基于常見(jiàn)的摩擦電效應(yīng)和靜電感應(yīng)原理，選用輕質(zhì)柔軟、來(lái)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(kāi)發(fā)出該可降解的能源轉(zhuǎn)換裝置。該器件受到生物機(jī)械力作用時(shí)，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(huì)持續(xù)地接觸分離，一個(gè)材料的表面可以從另一個(gè)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(guò)使用不同材料來(lái)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(lái)進(jìn)行個(gè)性化的設(shè)計(jì)。開(kāi)發(fā)的生物降解納米發(fā)電機(jī)（BD-TENG）功率密度達(dá)到32.6 mW/m2，使用壽命則在幾小時(shí)到幾年之間可以進(jìn)行調(diào)控。研究者們利用BD-TENG來(lái)給基于兩個(gè)互補(bǔ)的微柵電極的神經(jīng)刺激裝置通電，產(chǎn)生一個(gè)直流脈沖電場(chǎng)，成功實(shí)現(xiàn)了神經(jīng)細(xì)胞的定向生長(zhǎng)，顯示出其用于神經(jīng)修復(fù)過(guò)程的可行性，同時(shí)表明了其作為瞬態(tài)醫(yī)療器件電源的潛力。未來(lái)的設(shè)備可以被來(lái)自心跳或者呼吸的機(jī)械能所驅(qū)動(dòng)，“我們的研究結(jié)果提供了實(shí)現(xiàn)電子設(shè)備全可降解的有效途徑”，王中林說(shuō)道，“BD-TENG可以回收和利用人體生物機(jī)械能，并使整個(gè)裝置可以在體內(nèi)被吸收，而不需要通過(guò)額外的手術(shù)移除。”

　　該課題獲得中組部“頂尖千人及團(tuán)隊(duì)”、國(guó)家自然科學(xué)基金委和北京市科委的項(xiàng)目支持，相關(guān)論文發(fā)表在Science子刊Science Advances 3月4日版上(DOI: 10.1126/sciadv.1501478)。

全可降解生物能收集器件BD-TENG研制成功