Advanced Healthcare Materials：納米發電機在生物醫學領域的應用

自驅動系統是指不需要外部提供能量即可自我運行的工作系統。在過去的10多年裡，納米發電機的提出和改進有效的促進了自供能系統的發展。納米發電機可將機械能轉化為電能，根據發電原理的不同，可分為壓電和摩擦兩大類型。目前已經成功開發出可採集海洋能、雨滴能、風能等不同形式的納米發電機。

隨著醫學的發展，越來越多的穿戴式以及植入式電子醫療器件被應用於人體。如果這些電子醫療器件也能夠通過納米發電機收集生命活動的機械能實現自驅動供能，則將會為這些電子醫療器件的發展帶來意義深遠的影響。可實現不會耗竭的能量供給，做到「生命不息，能量不止」。由於取消了電池的設置從而可以大大降低器件的體積，並且不會再有電池能量耗盡而必須進行二次手術將其取出更換的情況出現。但由於人體系統的複雜性以及各器官獨特的生理特性，開發能利用生命活動機械能供電的納米發電機的難度比起採集宏觀環境中的機械能的發電機要更大一些。

近期，中科院納米能源所李舟課題組撰寫了名為「Nanogeneratorfor Biomedical Applications」的綜述論文，發表於Advanced Healthcare Materials期刊。論文系統的總結了納米發電機在生物醫學領域的研究現狀，包括在循環系統、神經系統、細胞功能調製、抗菌和生物可降解系統的應用。總體而言，由於心臟是人體內搏動最為持久有力的器官，因此納米發電機在循環系統里的研究最為普遍，成果也最為豐碩。已經成功研製了利用心跳或呼吸驅動心臟起搏器的壓電和摩擦納米發電機、心臟活動感測器、主動脈血壓感測器、脈搏感測器等多種植入式或穿戴式的自驅動設備。在神經系統領域，目前已經開展了利用納米發電機的輸出進行深腦部和坐骨神經的電刺激造成肌肉響應的研究；在細胞功能調製方面，納米發電機的電能輸出可以顯著促進幹細胞向成骨細胞和神經細胞的分化；在抗菌方面，納米發電機可以有效殺滅水體中的細菌並阻止水生微生物在物體表面的粘附；在可降解器件方面，業已研製成功可在體內全部降解的納米發電機，在工作使命完成後，納米發電機可逐步降解，直到在體內完全消失。

總體而言，納米發電機在生物醫學領域的應用是一個很有前景的研究方向，也具有不小的困難和挑戰，亟待進一步的研究投入。本文第一作者為助理研究員封紅青和博士研究生趙超超。

喜歡這篇文章嗎？立刻分享出去讓更多人知道吧！