光熱可控降解納米發(fā)電機(jī)用于組織修復(fù)研究獲進(jìn)展
隨著心血管疾病、神經(jīng)性疾病發(fā)病率不斷上升,對植入式電子醫(yī)療器件的要求越來越高。但現(xiàn)有的植入式電子器件仍存在一些問題,如電源壽命有限、治療結(jié)束后需要移除等。因此,急需開發(fā)一種新的植入式電子器件,為上述問題提供可行的解決方案。
摩擦納米發(fā)電機(jī)作為一種自供能能源轉(zhuǎn)換裝置,具有獨(dú)特的工作方式:摩擦起電和靜電感應(yīng),以及較高的能源轉(zhuǎn)換效率,可用來給植入式電子器件供能,并用于心臟起搏、健康監(jiān)測及細(xì)胞組織工程等領(lǐng)域。生物可降解的植入式電子醫(yī)療器件在完成其既定任務(wù)后,可被生物體自行降解吸收,避免二次手術(shù),進(jìn)而減少病人的心理及經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)。因此,可降解的納米發(fā)電機(jī)可解決植入式電子器件現(xiàn)存的問題。 到目前為止,已有研究人員開發(fā)出幾種可降解的摩擦納米發(fā)電機(jī)。2016年,中國科學(xué)院北京納米能源與系統(tǒng)研究所研究員李舟與王中林團(tuán)隊(duì)首次報(bào)道了一種生物可降解摩擦納米發(fā)電機(jī),這種發(fā)電機(jī)可在植入大鼠體內(nèi)九周后完全降解且無副作用。該研究團(tuán)隊(duì)于2018年又成功制備了不同類型的純天然生物全可吸收摩擦納米發(fā)電機(jī),并將其用于心肌細(xì)胞刺激,為心率過緩、心律不齊等疾病提供了新的治療方法。 近日,北京納米能源所李舟、李琳琳與王中林團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步研究了可降解納米發(fā)電機(jī)的可控降解行為,并將其用于組織修復(fù)、傷口愈合。博士生李喆和副研究員封紅青等研究人員利用金納米棒的光熱性能制備出了一種光熱可控降解的摩擦納米發(fā)電機(jī)(BD-iTENG)。通過對摻有金納米棒的BD-iTENG進(jìn)行近紅外光照射,實(shí)現(xiàn)光能到熱能的轉(zhuǎn)換,從而調(diào)節(jié)摩擦納米發(fā)電機(jī)的降解行為。實(shí)驗(yàn)制備的PLGA-BD-iTENG可實(shí)現(xiàn)28天體外和14天體內(nèi)快速降解。同時,該器件具有較好的生物相容性及生物安全性。 BD-iTENG可收集體內(nèi)外的機(jī)械能,并將其轉(zhuǎn)化為電能。因此,BD-iTENG可作為生物電刺激的電源用于促進(jìn)組織修復(fù)和傷口愈合。實(shí)驗(yàn)表明,該BD-iTENG可明顯加快成纖維細(xì)胞遷移越過劃痕,為電刺激促進(jìn)組織修復(fù)提供了新思路。 相關(guān)研究成果以Photothermally Tunable Biodegradation of Implantable Triboelectric Nanogenerators for Tissue Repairing 為題發(fā)表在《納米能源》(Nano Energy,DOI:10.1016/j.nanoen.2018.10.020)上。該項(xiàng)工作得到科技部國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國家自然科學(xué)基金、北京市自然科學(xué)基金以及國家萬人計(jì)劃“青年拔尖”人才的支持。 圖:(A)可控降解摩擦納米發(fā)電機(jī)的示意圖;(B)電刺激裝置原理圖;(C)可控降解發(fā)電機(jī)體內(nèi)降解實(shí)物圖及輸出變化情況。 關(guān)鍵詞: 納米發(fā)電機(jī)
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