摩擦納米發(fā)電機首次利用呼吸產(chǎn)生的電能驅(qū)動心臟起搏器

植入式醫(yī)療器件如心臟起搏器，在當(dāng)今臨床醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中占據(jù)了重要的地位，它極大地改善了患者的癥狀和生活質(zhì)量，具有顯著的社會價值和經(jīng)濟(jì)價值。作為新興的醫(yī)療器械發(fā)展方向，植入式醫(yī)療器件仍然面臨許多問題亟待突破，首先就是長效能源供給問題。現(xiàn)階段植入式器件主要依靠電池供電，工作壽命有限，一旦電池耗盡，病人不得不再次面對巨大的手術(shù)風(fēng)險和經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)。因此，開發(fā)長效的在體能源供給系統(tǒng)對于植入式醫(yī)療器件的發(fā)展意義重大。

中國科學(xué)院北京納米能源與系統(tǒng)研究所王中林院士和李舟副教授領(lǐng)導(dǎo)的研究小組在針對植入式醫(yī)療器件的長效能源系統(tǒng)研制方面取得了進(jìn)展，研究成果發(fā)表在最新一期的Advanced Materials(DOI:10.1002/adma.201402064)上。

鄭強博士、博士生石波璟和助理研究員范鳳茹共同研制了可植入式的自驅(qū)動能源系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括可植入摩擦納米發(fā)電機和能量轉(zhuǎn)換存儲裝置兩部分。摩擦納米發(fā)電機的尺寸僅為12mm×12mm×0.7mm，開路電壓和短路電流分別達(dá)到12V和0.25μA，峰值功率密度可達(dá)8.44mW/m2。

研究團(tuán)隊將制作的自驅(qū)動能源系統(tǒng)植入大鼠體內(nèi)，成功收集并轉(zhuǎn)化大鼠多個呼吸運動部位所產(chǎn)生的能量，以電能的形式儲存起來，并能夠驅(qū)動一個外接的心臟起搏器原型機工作，產(chǎn)生與醫(yī)用心臟起搏器一樣的電脈沖。根據(jù)理論計算，大鼠每呼吸5次，通過可植入摩擦納米發(fā)電機收集的能量即可成功驅(qū)動心臟起搏器工作1次。如果用到人體，僅通過呼吸就能夠連續(xù)驅(qū)動心臟起搏器，使其正常工作。

這種基于生物體自身能量在體轉(zhuǎn)化的供能系統(tǒng)將極大地改善現(xiàn)有電池供能的弊端，延長植入式醫(yī)療器件的使用壽命，在植入式醫(yī)療領(lǐng)域中具有極大的應(yīng)用前景。隨著植入式自驅(qū)動能源系統(tǒng)的進(jìn)一步優(yōu)化和完善，在未來將有望真正實現(xiàn)“生命不息，供能不止”，為廣大重癥患者帶來福音。