基于摩擦纳米发电机的自驱动植入式电子医疗器件的研究

心脏起搏器、脑起搏器、神经刺激器等植入式电子医疗器件的工作寿命受限于电池容量.为了解决植入式电子医疗器件的供能问题,本文设计研制出了一种可将器官运动的机械能(心跳、肺呼吸等)转化为电能的供能器件-植入式摩擦纳米发电机.此发电机为接触分离的工作模式,在外力的作用下使具有微纳结构的聚二甲基硅氧烷(PDMS)薄膜和铝片发生摩擦而产生电能.器件大小1.2 cm×1.2 cm,采用生物相容性良好的材料PDMS进行全封装.实验表明其体外开路电压和短路电流的值分别为12 V,0.25μA,峰值功率密度为8.44 mW/m^2.植入到小鼠左胸皮下位置开路电压和短路电流为3.73 V,0.14μA.将此发电机和电源管理系统集成后用于植入式电子医疗器件的能源供给,有望实现植入式电子医疗器件的自驱动.

自驱动植入式能源收集器件的研究进展

植入式医疗电子器件对于人体健康监测及治疗至关重要,其正常运转需要外界电池供能,而电池电能耗尽后需要二次手术更换,该过程会对病人身心造成二次伤害并带来沉重的经济负担。人体运动的机械能和体内的化学能,如心跳、呼吸、血液循环和葡萄糖的氧化还原等,都具有转化为电能的潜力。近年来,自驱动能源收集技术的不断发展使得体内能量被有效收集后,可为植入式医疗电子器件供能。自驱动植入式能源收集器件主要包括压电纳米发电机、摩擦纳米发电机、光伏电池、热释电发电机、自驱动腕表、生物燃料电池和耳蜗内电位收集器等。该文讨论了植入式能源收集器件的种类、代表性应用及现存的挑战,并对其未来的应用进行了展望。

生物可降解能源器件及其应用

植入式瞬态电子器件由可降解材料构建而成,这些电子器件能够在体内降解并吸收,无需二次手术取出,避免了长期植入产生的负面效应。作为一个新兴的研究领域,植入式瞬态电子器件在体内传感和治疗方面都有着巨大的潜能。然而,大多数植入式瞬态电子器件的正常工作都需要外部能源供给,这极大限制了它们在体内的应用。因此,一种具有生物相容性、可控降解和生物可吸收的新式生物可降解能源器件,成为了植入式瞬态电子器件的迫切需求。介绍了4种生物可降解能源器件(生物可降解原电池、光伏电池、超级电容器和摩擦纳米发电机)及其应用,并探讨了各自所面临的挑战和未来发展趋势。