為了給可穿戴電子設備供電, 工程師們一直在尋找從人體發電的方法. 他們已經設想出將心跳, 步行以及肌肉運動轉化成電力的方案. 近日, 中國複旦大學研發了一款可植入人體靜脈的輕型發電機. 該發電機可利用血管中流動的血液自主發電, 或將在未來用於臨床.
現在, 複旦大學的研究團隊找到一種利用血液流動發電的方法, 採用的材料是碳納米管紡成的微型纖維. 該纖維可以植入到血管中, 收集血液流動產生的能量. 研究人員提出了基本概念, 發表在《應用化學》 (AngewandteChemie) 期刊上, 但是尚未進行動物實驗測試.
上述微型纖維的直徑為0.8毫米, 可以用塑料纖維包裹在有序碳納米管陣列製備而成, 也可以將碳納米管撚成紗線狀纖維.
其實, 早在2011年, 瑞士研究人員就曾依據水流發電渦輪機, 開發出了一款微型渦輪機. 理論上, 該微型渦輪機是可以植入人體內並利用血液流動發電的. 但最後卻發現, 該設備在植入人體後會產生致死性血凝塊, 因安全隱患極高不得不被放棄使用.
複旦大學研究人員把這個系統稱之為迷你版水力發電, 但是原理不同. 如果把纖維進入到鹽溶液中, 浸入的納米管和溶液界面形成雙電層, 其中納米管表面帶負電, 溶液表面帶正電. 當溶液流過時, 溶液中的負離子以及納米管中的電子會去平衡雙電層. 但是, 它們沒有完全成功, 導致纖維兩端電荷不同, 進而產生電壓和電流. 有其他團隊已經製備了基於納米管的 '紗線' , 在扭轉和拉伸時可發電.
當纖維 (用銅線連接在一起) 放入含有鹽溶液的管中, 鹽溶液流動即可發電, 並且其效率超過23%. 這比先前報道的纖維狀能量收集裝置的效率高. 另外, 纖維越長, 流體流動越快, 鹽溶液濃度越大, 輸出的電力越高. 目前, 研發人員還未公布該設備所能產生的具體功率數.
雖然這一技術還處於早期階段, 但他們已經在青蛙體內植入該設備, 實驗結果較為理想.
一個30厘米長的裝置可以產生0.04毫瓦的電量, 足夠為小型的感測器和植入器供電. 為了示範該裝置在人體中的應用, 研究人員將3個10厘米長的纖維連接到青蛙的坐骨神經上, 然後把這些纖維浸入到流動的鹽溶液中, 結果導致輕微的肌肉收縮.
該發電機基於纏繞在聚合物核心上有序排列的碳納米管, 由纖維狀流體納米器(FFNG)負責相對運動, 從而通過纖維分層獲得血液流動梯度力. 研發人員表示, 該發電機的安全保障性極高, 未來或將用於臨床, 為植入醫療設備技術貢獻一份力量.
此外, 研究人員表示, 這些纖維還可以編製到紡織品中, 以製作可供電的衣物.
隨著植入醫療設備技術的發展, 其可支援的領域也將越來越多. 雖然其安全性在一定時間內會受到廣泛質疑, 但我們依然可以相信, 這些技術和設備必將成為未來臨床醫療的重要組成部分
