植入式醫(yī)療器件如心臟起搏器，在當今臨床醫(yī)學領域中占據(jù)了重要的地位，它極大地改善了患者的癥狀和生活質量，具有顯著的社會價值和經(jīng)濟價值。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�，F(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風險和經(jīng)濟負擔。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導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)電機和能量轉換存儲裝置兩部分。摩擦納米發(fā)電機的尺寸僅為12 mm×12 mm×0.7mm，開路電壓和短路電流分別達到12 V和0.25 μA，峰值功率密度可達8.44mW/m2。研究團隊將制作的自驅動能源系統(tǒng)植入大鼠體內，成功收集并轉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)療領域中具有極大的應用前景。隨著植入式自驅動能源系統(tǒng)的進一步優(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。
上圖: 植入式摩擦納米發(fā)電機驅動心臟起搏器工作系統(tǒng)流程圖(插圖為植入式摩擦納米發(fā)電機結構展示)。下圖:由植入式摩擦納米發(fā)電機供能的心臟起搏器產(chǎn)生的電脈沖(插圖為脈沖刺激下心臟收縮和舒張的實效圖)。
