【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】近日，西北工業(yè)大學(xué)黃維院士團(tuán)隊(duì)于海東教授、梁飛副教授在柔性生物電子領(lǐng)域取得系列研究進(jìn)展。基于“自供能+綠色材料”協(xié)同策略，成功構(gòu)建了一系列集成電刺激治療與健康監(jiān)測功能的柔性生物電子器件。該系列器件兼具良好的力學(xué)柔性、生物相容性及自供電特性，在無外部供電的條件下，能夠精準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)慢性傷口修復(fù)、術(shù)后黑色素瘤復(fù)發(fā)抑制等治療效果，可以連續(xù)穩(wěn)定地監(jiān)測汗液里的糖分、體液中的離子濃度等多項(xiàng)生理參數(shù)。相關(guān)多篇成果連續(xù)發(fā)表在Matter、Advanced Materials、Advanced Functional Materials等國際期刊上，為綠色自供電生物電子器件的設(shè)計(jì)與應(yīng)用提供了全新的策略。
 

　　基于超薄摩擦納米發(fā)電機(jī)與負(fù)載銅的氮摻雜碳納米顆粒(Cu(II)-NC NPs)的集成器件，構(gòu)建了用于預(yù)防黑色素瘤術(shù)后復(fù)發(fā)的柔性自供能電子貼片。通過系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)與分子動(dòng)力學(xué)模擬研究證實(shí)，摩擦電場可有效調(diào)控黑色素瘤細(xì)胞膜的通透性和流動(dòng)性，顯著增強(qiáng)細(xì)胞的Cu(II)-NC NPs攝取能力，細(xì)胞內(nèi)銅離子富集進(jìn)一步促進(jìn)羥基自由基產(chǎn)生并耗竭谷胱甘肽水平，從而協(xié)同誘導(dǎo)銅死亡，放大銅離子誘導(dǎo)的細(xì)胞凋亡效應(yīng)。在不完全切除黑色素瘤的小鼠模型中，該貼片可有效抑制術(shù)后復(fù)發(fā)。相關(guān)成果發(fā)表在國際著名期刊Matter上。論文第一作者為柔性電子研究院23級(jí)的博士生陳文婷，通訊作者為梁飛副教授、于海東教授和中科院北京納米能源所的李琳琳研究員。
 

圖1 AMFED的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和材料組成
 

　　通過集成濕氣發(fā)電機(jī)(Moist-Electric Generator, MEG)、抗菌水凝膠基敷料以及同心鉬(Mo)電極，構(gòu)建了一種自驅(qū)動(dòng)的濕度響應(yīng)柔性發(fā)電敷料器件(AMFED)，實(shí)現(xiàn)了無需外部供能的持續(xù)電刺激的傷口治療。實(shí)驗(yàn)表明，相比對(duì)照組，使用AMFED的傷口愈合速度提升約41%。相關(guān)研究發(fā)表在國際著名期刊Advanced Materials上。論文第一作者為柔性電子研究院21年級(jí)的博士生顏稔，通訊作者為梁飛副教授、美國寺崎生物醫(yī)學(xué)創(chuàng)新研究所的朱楊志助理教授、黃維院士及于海東教授。
 

圖2 SP-HEG 在拉伸條件下的輸出性能
 

　　該團(tuán)隊(duì)還基于功能化炭黑紙基材料，通過激光切割構(gòu)建優(yōu)化的Kirigami結(jié)構(gòu)，制備了一種具有優(yōu)異可拉伸性能的紙基水伏發(fā)電機(jī)(SP-HEG)。在不損失輸出性能的情況下，該器件可以實(shí)現(xiàn)最大200%的拉伸應(yīng)變，而且具備良好的形變穩(wěn)定性、綠色可持續(xù)性及輸出穩(wěn)定性，實(shí)現(xiàn)了人體汗液信息的自供電監(jiān)測。相關(guān)研究發(fā)表在國際著名期刊AdvancedFunctionalMaterials上。論文第一作者為柔性電子研究院22級(jí)的博士生石學(xué)文，通訊作者為梁飛副教授、黃維院士及于海東教授。
 

圖3 用于健康監(jiān)測的半植入式生物電子器件
 

　　基于對(duì)半植入生物電子器件的精準(zhǔn)治療應(yīng)用策略的發(fā)展，以“Recent Progress in Semi-Implantable Bioelectronics for Precision Health Monitoring”為題，將研究成果系統(tǒng)總結(jié)后發(fā)表在國際著名期刊AdvancedFunctionalMaterials上。論文第一作者為柔性電子研究院23級(jí)的博士生陳文婷，通訊作者為梁飛副教授、于海東教授及中科院北京納米能源所李琳琳研究員。