光熱可控降解納米發電機用于組織修復研究獲進展

　　隨著心血管疾病、神經性疾病發病率不斷上升，對植入式電子醫療器件的要求越來越高。但現有的植入式電子器件仍存在一些問題，如電源壽命有限、治療結束后需要移除等。因此，急需開發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。

　　摩擦納米發電機作為一種自供能能源轉換裝置，具有獨特的工作方式：摩擦起電和靜電感應，以及較高的能源轉換效率，可用來給植入式電子器件供能，并用于心臟起搏、健康監測及細胞組織工程等領域。生物可降解的植入式電子醫療器件在完成其既定任務后，可被生物體自行降解吸收，避免二次手術，進而減少病人的心理及經濟負擔。因此，可降解的納米發電機可解決植入式電子器件現存的問題。

　　到目前為止，已有研究人員開發出幾種可降解的摩擦納米發電機。2016年，中國科學院北京納米能源與系統研究所研究員李舟與王中林團隊首次報道了一種生物可降解摩擦納米發電機，這種發電機可在植入大鼠體內九周后完全降解且無副作用。該研究團隊于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電機，并將其用于心肌細胞刺激，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、李琳琳與王中林團隊進一步研究了可降解納米發電機的可控降解行為，并將其用于組織修復、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電機（BD-iTENG）。通過對摻有金納米棒的BD-iTENG進行近紅外光照射，實現光能到熱能的轉換，從而調節摩擦納米發電機的降解行為。實驗制備的PLGA-BD-iTENG可實現28天體外和14天體內快速降解。同時，該器件具有較好的生物相容性及生物安全性。

　　BD-iTENG可收集體內外的機械能，并將其轉化為電能。因此，BD-iTENG可作為生物電刺激的電源用于促進組織修復和傷口愈合。實驗表明，該BD-iTENG可明顯加快成纖維細胞遷移越過劃痕，為電刺激促進組織修復提供了新思路。

　　相關研究成果以Photothermally Tunable Biodegradation of Implantable Triboelectric Nanogenerators for Tissue Repairing 為題發表在《納米能源》（Nano Energy，DOI：10.1016/j.nanoen.2018.10.020）上。該項工作得到科技部國家重點研發計劃、國家自然科學基金、北京市自然科學基金以及國家萬人計劃“青年拔尖”人才的支持。

圖：（A）可控降解摩擦納米發電機的示意圖；（B）電刺激裝置原理圖；（C）可控降解發電機體內降解實物圖及輸出變化情況。