纳米发电机与自驱动植入式电子医疗系统的研究进展

摘要

植入式电子医疗器件(IEMDs)能够有效地提高患者的生活质量并延长患者的寿命,现已成为医疗器械领域研发的热点.目前,植入式电子医疗器件(IEMDs)的发展主要面临两大难题,即器件的小型化和工作寿命的延长.研究人员已经证实从动物体内获取热能、化学能和机械能等多种能量并转化为电能的可行性.通过收集生理环境或身体活动产生的能量可以实现植入式电子医疗器件的自驱动化与小型化.生物体内各种运动产生的机械能简称生物机械能,因分布广泛,蕴含的能量高等优点而备受关注,为了有效地收集生物机械能,一系列材料及结构设计巧妙的压电和摩擦电能量收集器被研发成功.肢体运动、肌肉收缩/舒展、心/肺运动和血液循环所产生的机械能都可以被这些装置收集并为植入式电子医疗器件供电.另外,压电纳米发电机(PENG)和摩擦电纳米发电机(TENG)可以作为生物压力/应变传感器来认知复杂的生理过程以及直接作为电刺激源来治疗各种疾病.在过去的十年里,植入式自驱动电子医疗系统的研究取得了巨大的进展,未来,集成智能、柔性、可拉伸和全可降解等多种特性的自驱动医疗系统将会是该领域主要的研究方向.