[发明专利]一种生物相容性微型摩擦发电机

说明书

技术领域

 本发明涉及将机械能转变成电能的微型发电技术，特别是一种生物相容性微型摩擦发电机。

背景技术

静电带电是一种非常古老的现象，可以追溯到公元前数百年，古希腊人和古代中国人发现被摩擦了的琥珀能够吸引小而轻的物体。但由于其产生的随机性和存储问题，使之一直被视为无用的能源，而未能得以发展。近年来，随着材料制备技术的进步，收集和存储环境中“无用”的能量，使之成为小型电子设备的能源已经成为可能。美国佐治亚理工学院王中林教授提出的摩擦电纳米发电机的概念，为缓解能源危机提供了一个新的途径。

天津理工大学陈民芳教授课题组多年来一直致力于生物相容性良好的生物材料的研究与探索，这些年来陈老师课题组在这方面取得了丰硕的成果，在镁合金、钛合金、医用高分子聚乳酸方面都有相应的课题，特别是在可降解生物材料研究方面，更是取得了可喜的成绩。正是基于这个大环境，陈老师的课题组在得知摩擦纳米发电机伊始，就率先提出了生物相容性良好的摩擦纳米发电机的概念。在很多医疗事件中，也需要能源，例如心脏起搏器，但是传统的电池不能提供永久的电能，所以往往给患者带来了诸多的不便。如何有效的解决类似的问题，既可以永久的的提供我们需要的电能，又不失时机的在生物体内相容，这是一个造福全人类的课题，为我们解决类似问题提供了新的思路。

在多年的研究中，我们清晰的理解生物相容性材料对于患者的重大意义，特别是一些具有广泛认同的高分子材料，例如本实例中提到的聚乳酸和乙基纤维素，作为传统的生物高分子材料，良好的介电性是必不可少的，因此我们在实验中首先想到了这两种材料。

发明内容

本发明针对上面的技术分析，提供一种输出效率高、可操作性强且能够在实际中使用的生物相容性微型摩擦发电机，该微型摩擦发电机实现驱动体内体外微型摩擦发电机，加速体内组织修复的目的。

本发明的技术方案：

一种生物相容性微型摩擦发电机，由上极板尼龙66包覆层、上极板聚左旋乳酸高分子对摩擦层、下基板乙基纤维素对摩擦层和下极板尼龙66包覆层组成，上极板材料为易获得电子的绝缘型聚左旋乳酸成型的板材，下极板为易失去电子的绝缘型乙基纤维素成型的板材，上、下极板的接触界面制作有不同形状的花纹图案，上、下极板按照凹凸相对紧密接触形成弧形空间，并采用生物相容性的尼龙66薄膜封装。

所述上极板材料聚左旋乳酸的分子量为8-15万，上极板材的厚度为2-4mm、宽度为40-60mm、长度为60-70mm，采用刮膜机制备，具体步骤包括：

    1）将生物医用聚左旋乳酸颗粒按照质量比为1：5-7的比例置于有机溶剂二氯甲烷中，加热在40-60℃下搅拌均匀，直至在能够看到颜色均一的胶体；

    2）在铺膜机刮膜板上面放置锡箔纸且铺平，铺膜室抽真空，真空度为0.07-0.09MPa，然后将均一的聚左旋乳酸胶体倒入刮膜机中进行刮膜，控制膜的厚度为2-4 mm，长度、宽度均≥100mm，控制刮膜机温度为40℃，保温2h，取出板材，裁剪成宽度为40-60mm，长度为60-70mm的板材待用。

所述下极板材料乙基纤维素的分子量为80-150万，下极板材厚度为2-4mm，采用刮膜机制备，具体步骤包括：

1）将生物医用乙基纤维素颗粒按照质量比为1:5-1:7的比例置于乙二醇与乙醇混合的有机溶剂中，混合有机溶剂中乙二醇与乙醇的体积比分别为4:1、5:1、2:1，在40-60℃下搅拌均匀，直至能够看到颜色均一的胶体；

2）在铺膜机刮膜板上面放置锡箔纸且铺平，铺膜室抽真空，真空度为0.07-0.09MPa，然后将均一的乙基纤维素胶体倒入刮膜机中进行刮膜，控制膜的厚度为2-4mm，长度、宽度均≥100mm，控制刮膜机温度为40℃，保温2h，取出板材，裁剪成宽度为40-60mm，长度为60-70mm的板材待用。

所述上、下极板的接触界面花纹图案的凹凸个体形状为三菱柱、圆柱、圆锥、金字塔或圆台，其长、宽、高三维尺寸分别为1-10μm、1-10μm、1-100μm；花纹图案的制备方法是将剪切好的高分子有机物板材采用热压法、磁控溅射或离子刻蚀制得。

本发明的优点是：