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材料学院尹斓课题组在生物可降解电池方面取得新进展

发布时间:2018-07-24 栏目类别:研究进展

  

       2018年7月12日,清华大学材料学院尹斓课题组在《SMALL》期刊发表题为“一种用于植入式瞬态电子器件的可降解电池(A fully biodegradable battery for self-powered transient implant”的研究论文。这项工作不仅在可降解电池领域提出了新的材料选择和制备方案,实现了高性能、完全生物可降解的电池,同时通过电池测试、电化学分析、体内外降解实验、功能电路模拟等实验设计,全面清晰地研究了此生物可降解电池在电学和生物医学方面的性质和应用潜力。
   生物可降解器件主要指在生理或环境水溶液中具有可控降解能力的一类电子器件,是一种近年来备受关注的新兴技术产品,也可看做是“瞬态电子学”在生物环境领域的一个分支。器件的应用场景包括作为临时植入物执行传感和刺激功能,辅助伤口愈合、组织再生等重要的生物过程等;亦可作为具有生物降解性的电子系统,可以减少常规植入式器件潜在的风险和可能引起的慢性炎症,降低相关医疗成本。其他潜在应用还包括在环保、信息安全等领域的应用。
   相较于无线传输及外接电源,具有独立供电能力和高能量密度的生物可降解电池是更适用于植入式器件的供能方案。通过稳定的电能供给,器件可以在生物体内实现自供电的诊断和治疗,使体内感应和刺激内持续更长时间以满足临床标准,并可在随后完全被吸收或生物降解。综上,可降解电池在体内应用具有非常特殊的意义,但迄今为止进展十分有限。

                                            

  图1 封面内页图                             
    

图2 高性能可降解电池供能及体内降解测试

    尹斓研究团队提出了一种全由可降解材料制备的电池,能够提供高稳定的输出电压以及理想的容量。该电池能够驱动典型的超低功耗电子设备。具有良好的生物相容性,在体内和体外均可完全降解。电池可以作为植入式电源,配合其它设备实现组织再生、手术前或手术后长时间监测。电极材料的选择和电池的制备为植入式设备的能量供应提供了一个合适的选择,并为完整的瞬态电子系统设计提供了重要方案。
   
尹斓研究团队长期从事可降解材料及电子的研究。除此之外,近期还报道过使用薄膜单晶硅材料作为可降解电子的防水封装材料,以极大延长可降解器件在体内的工作寿命,并基于此制备了可降解的皮层脑电图传感器,为解决可降解电子的封装难题提供了重要思路(ACS Nano, 2017, 11, 12562–12572, DOI: 10.1021/acsnano.7b06697)。
   本文的通讯作者为清华大学材料学院助理教授尹斓,第一作者为清华大学2017级博士生黄雪莹,其他重要合作者包括清华大学材料学院赵凌云、伍晖副教授,清华大学电子工程系盛兴、张沕琳助理教授,中国科学技术大学高分子系徐航勋教授。本工作受到国家自然科学基金委以及国家“青年千人计划”项目的资助。《SMALL》德国Wiley出版社旗下期刊,该期刊目前影响因子为9.598,本文工作同时被选为当月期刊封面内页(Inside Front Cover)。
  论文链接:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/smll.201800994

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