兰州理工大学冉奋教授AFM：柔性可穿戴高分子——面向下一代可植入储能器件的新兴设计策略！

当今社会，随着人口老龄化的加剧和肥胖症、脂肪肝等慢性疾病的增加极大的提升了社会医疗体系的压力。在5G、云计算、大数据、人工智能等的推动下“智慧医疗”理念被推出，有望实现高效率的互联网诊断和远程医疗，大大降低了人们的医疗成本。同时可以利用各种传感设备对人体进行实时监测，预防和治疗多种慢性疾病。在这个背景下，植入式生物电子学尤为重要，因为它可以集成到人体中，实现对生物医学至关重要的诊断和治疗。自1958年第一个植入式心脏起搏器植入人体以来，针对特定疾病开发了各种类型的生物医学设备。这些设备促进了持续的生物医学研究，并有望治疗无数患者。尽管植入式生物电子学的发展正朝着软性、小型化、可生物降解和多功能性的方向发展，但缺乏理想的可植入电源限制了其在临床上的应用。可植入纳米摩擦发电设备、压电设备以及可植入生物燃料电池的出现使得人体内部的动能和化学能可以很容易的转化为电能，但如何存储和管理这些能量是一个新的问题。针对以上问题，兰州理工大学冉奋教授课题组撰写的评述性文章“Emerging Design Strategies Toward Developing Next-Generation Implantable Batteries and Supercapacitors”发表在材料领域期刊Advanced Functional Materials上；兰州理工大学材料科学与工程学院先进高分子材料专业尉梅梅博士为第一作者。

图1.可植入能源存储设备的基本要求和发展方向

该综述针对为可植入医疗电子设备供电的下一代能源存储设备，总结了其最新的研究进展和设计原则，这些新型的储能器件包括生物相容性电池和超级电容器、微型化、可拉伸/可变形电池和超级电容器、可降解、可食用以及可注射储能器件。更重要的是，在此基础上对未来更加理想的植入式储能器件的设计思路进行总结和展望。理想的下一代储能设备的设计在保证植入安全性和实现多功能性的前提下应该满足：1）可以在开放的人体环境中以体液作为电解液工作；2）器件结构实现一体化；3）可以在体内实现自充电。

文章亮点：

1) 提出可植入储能器件的基本要求和材料选择的原则。

2) 对目前最先进的可植入电池和超级电容器进行总结。

3) 讨论了在以体液作为电解液的开放体系中的储能机制和影响因素。

4) 提出了下一代可植入电池和超级电容器的“一体化”结构和“自充电”充电方式。

原文连接：

https://doi.org/10.1002/adfm.202301877

转自：“高分子科学前沿”微信公众号

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