微米和纳米

中国科学家研究静脉发电机,可为心脏起搏器提供能量

2017年9月11日,复旦大学研究团队研发出了一种碳纳米管发电机,用于植入人体的静脉之中,通过血液流动所产生的动能(与水利发电同理)来发电。

中国科学家研究静脉发电机,可为心脏起搏器提供能量

发电机是一种外部由电活性碳纳米管有序排列包裹,内部是聚合物核心的可拉伸流体纳米发电纤维(简称FFNG)。FFNG两端连接电极以后沉浸于静脉中。血液中包含盐与离子,电活性碳纳米管在与血液接触后会因为电荷分离而在这两种物质接触的地方生成电量相等、正负相反的电双层。电双层层叠在浸没的纳米管和溶液之间的界面上,纳米管表面变得带负电荷,并且溶液的薄层变成带正电荷。

当溶液流过时,血液中的负离子会和从纳米管吸取的电子共同平衡电双层,不过由于碳纳米管的特性,电子难以通过,也就难以实现平衡状态,从而使得碳纳米管中的电子越积越多。这导致纤维内外两端之间的电位差,产生电压和电流。

中国科学家研究静脉发电机,可为心脏起搏器提供能量

这项实验的带头人是徐一帆,他是上海复旦大学高分子科学与先进材料实验室的一位研究员。徐一帆曾于2011年看过一个将微型涡轮发电机植入人体静脉以供电的研究理论,虽然该理论让徐一帆大开眼界,不过发电机会产生血凝块堵塞静脉,从而使心脏功能衰竭。随着碳纳米管等材料的普及,徐一帆认为碳纳米管的结构特点非常适合制作静脉发电机,同时也不会产生凝血块。2015年时,徐一帆在得到国家拨款以后开始了此项目的研究。

静脉发电机并不能产生足以给手机、平板电脑等设备充电的电量,但是,这些由血液动能转换而来的电却能完美地给心脏起搏器等医疗设备供电。不过这些是基于理论的,徐一帆并没有拿人体做过实验,而他也没有这个打算。徐一帆把接下来的研究重点放在了挖掘碳纳米管结构特点上,从而制作出更大规模、更高转换率的静脉发电机。

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