鱼鳞变身最安全的医疗设备专用能量采集材料

2016年9月22日Elizabeth Montalbano

    印度的研究人员发明了一种利用鱼鳞开发压电能量采集器的方法，可望用于为医疗设备以及其他小型电子设备供电。

    印度贾达普大学(Jadavpur University)物理系有机纳米压电组件实验室助理教授Dipankar Mandal以及他的学生Sujoy Kumar Ghosh，共同开发出这种生物启发的能量采集设备，它利用鱼鳞中的胶原蛋白纳米纤维产生能量。

    Mandal表示，“鱼鳞是由具有压电特性的胶原蛋白纤维组成的，因此，我们用了一点小技巧——直接利用鱼鳞制作压电纳米发电机，从而打造机械式能量采集器。”

    为此，研究团队从鱼类加工市场中收集废弃的生鱼鳞片，打造出透明的能量采集器，然后再透过去矿物质的过程使其软化。Mandal说：“鱼鳞中的胶原蛋白层可作为主动压电元素；藉由在两侧制作电极后进行层迭压合，从而开发出生物压电纳米发电机，或能量采集器。”

    20160922 fish NT01P1 压电能量采集器利用鱼鳞中的胶原蛋白产生能量 （来源：Dipankar Mandal, Jadavpur University）

    鱼类广泛被消费食用，但在此消费过程中的废弃物处置方式却十分混乱，而且还得花费一大笔钱。因此，这让研究人员们产生了灵感，他们希望找到一种能够重复利用这种物质的方式。Mandal说：“如果我们能回收再利用这些废弃的鱼鳞，将有助于找到一种能够降低废弃物处置成本的潜在途径，以及延伸出一些具有附加价值的产品。”

    Mandal与Ghosh在《应用物理快报》(Applied Physics Letters)中发表有关这项研究与成果的文章。

    Mandal与Ghosh开发的能量采集器特别适用于植入人体中的医疗设备，Mandal解释，这不仅仅是因为这一类组件通常只需不必耗用许多能量的微型电池，同时也由于它依靠天然成份提供能源。

    Mandal补充说：“值得注意的是，胶原蛋白存在人们的皮肤、肌腱、韧带、软骨、骨、血管、牙齿和肌肉组织中；因此，以鱼鳞打造的组件预计应该也能兼容于人体的各部位。”相反地，大部份现有的传统压电材料都由有毒物质组成，必须经过多个处置步骤，才能用于制造组件。

    而且，其他的压电能量采集器往住也较易碎且非软性材料，因而可能限制其于医疗监测、自供电植入式生物医疗组件以及在人体中的标靶药物治疗等应用。

    研究人员特别看好的应用之一是在心脏起搏器中植入这种能量采集器，使其得以利用人们的心跳持续采集能量，以及不断地为起搏器供电，因而无需充电或为了换电池而进行手术。“由于心脏的组织中也带有胶原蛋白的成份，预计这种能量采集器更适于这类人性化的应用。”

    Mandal与Ghosh计划持续扩展这项能量采集器的开发，并在不同的生物医学与自供电设备中进行测试。

编译：Susan Hong