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  摩擦納米發(fā)電機(jī)近年來(lái)成為了研究者關(guān)注的熱點(diǎn)，其無(wú)論是作為能量捕獲器，還是在作為自發(fā)電傳感器的應(yīng)用都得到了廣泛的研究。而普通的液-固接觸摩擦納米發(fā)電機(jī)存在著液體接觸后殘留的問(wèn)題，導(dǎo)致其作為傳感器靈敏度和機(jī)體使用壽命的降低。考慮到超疏水表面對(duì)水、組織液、血液、尿液和膿液等液體具有優(yōu)異的排斥性能，為生物醫(yī)學(xué)設(shè)備的研發(fā)開(kāi)辟了新途徑，并在血漿分離器、血管支架和心臟瓣膜等領(lǐng)域取得了一定的進(jìn)展。基于此，華中科技大學(xué)楊光教授團(tuán)隊(duì)通過(guò)簡(jiǎn)單的制作工藝和疏水硅納米顆粒涂覆的方法設(shè)計(jì)了一種超疏水的液-固接觸摩擦納米發(fā)電機(jī)（圖 1， a），研究了其作為液滴傳感器在生物醫(yī)學(xué)上的應(yīng)用。

圖1. (a) 超疏水液固接觸摩擦納米發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖。(b) 六種類型的液滴與摩擦納米發(fā)電機(jī)表面的接觸浸潤(rùn)圖及在上面活動(dòng)產(chǎn)生的電流脈沖。(c)和(d) 基于超疏水液滴摩擦納米發(fā)電機(jī)的引流瓶液滴傳感器和智能靜脈輸液器。 

  此液-固接觸摩擦納米發(fā)電機(jī)不僅具有優(yōu)秀的疏水性能，對(duì)酸、堿、磷酸鹽緩沖液、尿液及血液都具有很強(qiáng)的排斥作用，六種溶液在其表面的接觸角接近于160度（圖 1 ，b）。當(dāng)六種液體的液滴在超疏水液-固接觸摩擦納米發(fā)電機(jī)表面滾過(guò)或彈跳過(guò)時(shí)，每一滴液滴都可以產(chǎn)生一個(gè)電流峰信號(hào)（圖 1，b），說(shuō)明其作為液滴傳感器具有很靈敏的檢測(cè)能力。

  利用此超疏水液-固接觸摩擦納米發(fā)電機(jī)作設(shè)計(jì)引流瓶液滴傳感器可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)患者引流的情況(圖 1，c)，對(duì)患者引流的時(shí)間和引流量量進(jìn)行記錄，醫(yī)生根據(jù)記錄的數(shù)據(jù)可以更好地分析患者傷口的情況，及時(shí)結(jié)束引流操作，減輕患者的痛苦。設(shè)計(jì)的超疏水液-固接觸摩擦納米發(fā)電機(jī)還具有粘黏性和可彎曲性質(zhì)，將其粘黏在硅膠管內(nèi)可以得到管狀的液滴計(jì)數(shù)器，進(jìn)而設(shè)計(jì)得到智能靜脈輸液器。通過(guò)模擬靜脈輸液實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，設(shè)計(jì)的智能靜脈輸液器可以監(jiān)測(cè)輸液時(shí)不同的速度（圖1，c），說(shuō)明其具有很好的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)功能，可以為輸液患者和醫(yī)護(hù)人員提供輸液信息，進(jìn)一步的可以結(jié)合無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸計(jì)數(shù)和智能移動(dòng)設(shè)備，患者和醫(yī)護(hù)人員可以通過(guò)智能移動(dòng)設(shè)備掌握輸液信息，實(shí)時(shí)了解輸液情況，比如輸液速度、輸液剩余時(shí)間、輸液完成報(bào)警提示等，從而減輕醫(yī)護(hù)人員的工作量，提升患者輸液的舒適度，提高輸液護(hù)理的質(zhì)量。

  該工作由華中科技大學(xué)、武漢理工大學(xué)共同合作完成，近期以”Superhydrophobic Liquid-Solid Contact Triboelectric Nanogenerator as Droplet Sensor for Biomedical Applications”為題、以封面文章發(fā)表在《ACS Applied Materials & Interfaces》雜志上。論文第一作者為華中科技大學(xué)博士生胡三明，共同一作為華中科技大學(xué)石志軍博士，通訊作者為華中科技大學(xué)楊光教授，共同通訊作者為武漢理工大學(xué)趙維瑋副教授。華中科技大學(xué)為第一作者單位。

  研究工作得到國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目，國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃等資助。

  論文鏈接：http://dx.doi.org/10.1021/acsami.0c10097

  論文引用：S. Hu, Z. Shi, R. Zheng, W. Ye, X. Gao, W. Zhao*, G. Yang*, Superhydrophobic Liquid-Solid Contact Triboelectric Nanogenerator as Droplet Sensor for Biomedical Applications. ACS Appl. Mater. Interfaces.am-2020-100972.