?

柔性、可降解、可體內(nèi)吸收的植入式高性能超級(jí)電容器的制備流程，以及在體內(nèi)體外環(huán)境中的生物降解過(guò)程與應(yīng)用實(shí)例。

蘭州大學(xué)物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院教授蘭偉課題組聯(lián)合美國(guó)休斯頓大學(xué)教授余存江和蘭州大學(xué)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院教授王凱榮，研究了一種輕薄、柔性的全生物可降解超級(jí)電容器植入物，兼具高的能量密度和功率密度。該器件全部由綠色、安全、生物相容性的材料構(gòu)成，工作任務(wù)完成后可在生物體內(nèi)完全降解被吸收，經(jīng)自然新陳代謝排出體外，無(wú)需二次手術(shù)移除，具有安全、健康、避免手術(shù)痛苦和降低醫(yī)療成本等特點(diǎn)。該研究有望為下一代生物可降解植入式醫(yī)療電子器件或其他瞬態(tài)電子器件的供能問(wèn)題提供能量解決方案。近日，該研究成果以《柔性、可降解、可體內(nèi)吸收的植入式高性能超級(jí)電容器》發(fā)表在《科學(xué)—進(jìn)展》上。

植入式醫(yī)療電子器件近年來(lái)備受關(guān)注，有望實(shí)現(xiàn)健康的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與精準(zhǔn)診療。目前其能量供應(yīng)主要依賴于植入式一次電池，它會(huì)占據(jù)整個(gè)器件的大部分質(zhì)量和體積，在電池耗盡或工作結(jié)束后需要通過(guò)二次手術(shù)去替換或移除。由于電池中包含有毒或有害物質(zhì)，在植入前需要對(duì)其外部進(jìn)行嚴(yán)格的剛性封裝和生物相容性處理?；诖吮尘埃喾N植入式能量供應(yīng)替代方案被提出，包括植入式能量捕獲裝置（如葡萄糖生物燃料電池、納米發(fā)電機(jī)等），無(wú)線電力傳輸技術(shù)（如電感耦合/射頻、光伏/超聲誘導(dǎo)等），但這些方案目前存在不可降解、機(jī)械剛性、尺度大、能量低等各種弊端，嚴(yán)重限制了在生物可降解醫(yī)療電子器件中的使用。因此，實(shí)現(xiàn)具有輕薄、柔性、小尺寸、全生物可降解的能量供應(yīng)方案一直是個(gè)巨大挑戰(zhàn)。

超級(jí)電容器具有快速充放電、功率密度高和長(zhǎng)壽命等特點(diǎn)，可為有源的植入式醫(yī)療電子器件進(jìn)行供能，被認(rèn)為是一種理想的儲(chǔ)能裝置。蘭州大學(xué)柔性電子科研團(tuán)隊(duì)采用簡(jiǎn)單、綠色、可控的電化學(xué)氧化策略在水溶性金屬鉬箔表面原位生長(zhǎng)了一層富缺陷的非晶氧化鉬微納米片陣列，將其用作贗電容活性電極，生物相容的海藻酸鈉水凝膠作為電解質(zhì)，組裝成對(duì)稱固態(tài)超級(jí)電容器植入物。封裝后的器件可在模擬體液環(huán)境（37℃，0.1 mM PBS溶液，PH = 7.4）中有效工作長(zhǎng)達(dá)一個(gè)月，且實(shí)現(xiàn)了工作壽命的長(zhǎng)短可控。器件的能量密度同比高出2個(gè)數(shù)量級(jí)，在不同角度持續(xù)彎曲數(shù)百次之后，未發(fā)現(xiàn)明顯的能量衰減。通過(guò)器件串并聯(lián)可為各類商用電子產(chǎn)品進(jìn)行供能。將該器件植入到Sprague-Dawley（SD）大鼠皮下能正常工作，任務(wù)完成之后的半年內(nèi)，通過(guò)一系列水解反應(yīng)和新陳代謝被自然吸收，對(duì)生物體不產(chǎn)生任何不良反應(yīng)。

相關(guān)論文信息：https://doi.org/10.1126/sciadv.abe3097



關(guān)注【深圳科普】微信公眾號(hào)，在對(duì)話框：
回復(fù)【最新活動(dòng)】，了解近期科普活動(dòng)
回復(fù)【科普行】，了解最新深圳科普行活動(dòng)
回復(fù)【研學(xué)營(yíng)】，了解最新科普研學(xué)營(yíng)
回復(fù)【科普課堂】，了解最新科普課堂
回復(fù)【科普書(shū)籍】，了解最新科普書(shū)籍
回復(fù)【團(tuán)體定制】，了解最新團(tuán)體定制活動(dòng)
回復(fù)【科普基地】，了解深圳科普基地詳情
回復(fù)【觀鳥(niǎo)知識(shí)】，學(xué)習(xí)觀鳥(niǎo)相關(guān)科普知識(shí)