北京纳米能源与系统研究所，北航生物医学工程先进创新中心和海军医科大学的科学家已经成功开发了一种共生心脏起搏器（SPM），可以从心脏的跳动中获取能量。给自己供电。 SPM的能量收集部分是可植入的摩擦电纳米发电机（iTENG），它具有柔韧性，良好的生物相容性，出色的稳定性和体内高输出性能的特点。将来，可植入医疗电子设备可以利用人类的能量实现自动驾驶。植入式医疗电子产品（IME，植入式医疗电子产品）是学术界，医学和工业界的热门话题。例如，心脏起搏器是用于治疗严重的心脏病（如心律不齐和心力衰竭）的最重要的IME之一。但是，目前大多数IME都是由寿命有限的锂电池供电的，并且锂电池占据了IME的大部分体积和重量。许多研究人员试图在减小IME尺寸和重量的同时延长其使用寿命。这确实是一个挑战。除了开发更高能量密度的电池外，其他一些解决方案也应引起注意，例如纳米发电机和自动驾驶技术。王中林院士和李周研究员带领的研究团队致力于自动驾驶技术的研究，特别是基于植入式纳米发电机的自动驾驶医疗电子设备的研究与开发。受生物共生（例如，根瘤菌与植物之间的共生）的启发，他们提出了一种基于可植入式摩擦电纳米发电机（iTENG，可植入式摩擦电纳米发电机）的共生心脏起搏器（SPM）。 SPM可以收集心跳的能量来驱动起搏电路发出脉冲；这些脉冲还刺激心脏，使异常心脏恢复正常。以这种方式，“共生”被称为“共生”。相互依赖和互惠的状态。在SPM和心脏之间达到。目前，SPM已经成功地实现了“完全植入”。在大型动物（猪）中进行自动驾驶操作，并成功治疗了心律不齐。 SPM可以在每个心脏运动周期中获得高达0.495μJ的能量，高于心脏起搏阈值能量（通常为0.377μJ）。换句话说，SPM可以实现“一个心跳，一个步伐”，这对于自驱动心脏起搏器的临床和工业化具有重要意义。同时，SPM的实现也为新的自动驾驶医疗电子设备提供了新的进化途径。该结果由北京纳米能源与系统研究所，北航生物医学工程先进创新中心和海军医科大学的科学家共同研究，于2019年4月23日在《自然通讯》上发表，标题为SymbioTIc心脏起搏器。 “自2009年以来，我们一直试图从器官和肌肉的运动中收集生物力学能量。”该项目的主要负责人之一，李周研究员说：“当时，我们制造了基于单一氧化锌（ZnO）的纳米线。压电纳米发电机已成功收集了大鼠的心跳能量。但是，该器件的输出性能很低（1 mV开路电压和1 pA短路电流），如何使用这些微小的能量是另一个挑战。 “转折点出现在2012年。王忠林院士首先提出了基于摩擦电和静电感应效应的摩擦电纳米发电机（TENG），并用于实现机械能到电能的转换和存储以及电子的自动驱动。设备。 TENG具有出色的输出性能和能量转换效率。更重要的是，TENG易于加工成各种不同的尺寸和结构，以用于不同的可穿戴和可植入应用场景。 2014年，李周研究员及其团队对TENG进行了重新设计，以便可以将其用于体内能量的收集。考虑到人体复杂的生化环境，他们使用具有良好生物相容性的聚合物材料来封装TENG，这就是可植入的摩擦电纳米发生器（iTENG）。 iTENG的体内输出性能甚至更好：它被植入大鼠的皮肤下，并且利用呼吸的能量可以产生3.43 V的开路电压和0.14μA的短路电流。同时，他们利用这些电能成功驱动了原型起搏器。 “自然”是指该杂志以发表在《先进材料》上的上述工作为特色：“实验是在大鼠中进行的，使用的设备只有几页纸，可以产生微瓦的能量，而现在它们在猪中。进行thi