[发明专利]一种天然材料全可降解纳米发电机

说明书

技术领域

本发明涉及医疗可植入设备领域，具体地，涉及一种天然材料全可降解纳米发电机。

背景技术

近年来，新一代植入式医疗设备发展势头迅猛，相比于传统便携式医疗设备，它具有体积灵巧、使用方便和快捷等优点，从而引起人们广泛关注。现今它已被广泛应用于医学诊断和治疗领域。但同时植入式医疗设备在外型和尺寸、能耗、选材以及生物相容性和降解等方面面临着严峻的挑战。

美国佐治亚理工学院王中林教授等发明了纳米发电机，该纳米发电机可利用在摩擦电势序列(Triboelectricity series)中位置不同的材料相互接触和/或摩擦时发生电子转移从而输出电能。而且纳米发电机具有体积小、质量轻等特点，非常适合于驱动植入式、便携式和小型自驱动式电子设备。

目前已经有将纳米发电机应用于植入式医疗设备领域的相关报道，例如可以将纳米发电机作为成骨细胞增殖和分化刺激器、心脏起搏器和可降解植入式传感器等可降解医疗器件的供能来源。为了将纳米发电机制作成植入式医疗器件，需要综合考虑器件的大小和尺寸、器件本身的生物相容性和封装的安全性等问题，如果涉及到器件可降解性还需要考虑封装层和器件内部降解时间和安全性等问题。现今绝大多数植入式医疗设备在体内都是不可降解的，从体内清除的方法只能通过手术取出。这样就会使医疗费用增加同时更重要的是它会使患者再一次体验手术的痛苦。如果将植入式设备设计成能够通过新陈代谢自然降解和/或溶解后自然清除，将极大改善植入式设备使用者的生活质量，减少痛苦和手术花费。

当今，能源短缺和环境污染等问题引起人们广泛而强烈的关注。探索和研究可再生资源和环境友好型材料，以缓解能源枯竭和环境危机，成为人类生存发展的重要课题之一。所以许多研究者逐渐将目光转移到基于可再生动植物资源、可生物降解、环境友好型天然高分子材料的研究上。天然高分子材料是一类没有经过人工合成，天然存在于动植物和微生物体内的大分子有机化合物。与传统的人工合成高分子材料相比，它具取之不尽和用之不竭等优势，因而成为人们研究的热点。

现有技术中提出了一种在封装层上打孔，再通过磁性塞子堵住该孔的方案来控制医用植入设备的工作时间。这种方案基于控制体液透过封装层，一旦体液透过封装层就会影响和破坏内部发电机工作。所以磁性塞子实际上是控制发电机的工作时间，而设备在体内降解时间并不受控制。而且该方案需要设备完在结束治疗任务时，通过在体外施加强磁场，使磁性塞子被吸出，增加了设备降解的程序，因此具有一定的局限性。

其次，现有技术中所使用的植入式纳米发电机设备的构成材料如聚酸酐、聚乳酸和聚己内酯等都是人工合成的高分子材料。它与天然高分子材料相比，需要经过原材料-催化合成-加工成型等生产步骤。首先，它不具有天然高分子原材料价格低廉、来源广泛、产量丰富、可再生等优势。而且需要加入各种催化剂通过聚合反应生成产物进行加工，这会增加生产成本和过程繁琐性。

最后，现有技术中所使用的植入式纳米发电机设备为了提高发电机输出而采取的方法是用光刻蚀法或其他方法在聚合物层表面产生纳米级或微米级的表面粗糙度，工序复杂。

发明内容

本发明的目的是提供一种由天然高分子材料制备的全可降解纳米发电机，该全可降解纳米发电机可以对植入设备在体内工作时间和降解时间起到调控的作用，同时可以提高发电机的输出性能。

为了实现上述目的，本发明提供一种天然材料全可降解纳米发电机，该纳米发电机包括摩擦电发电机以及用于封装所述摩擦电发电机的封装结构，所述摩擦电发电机包括聚合物层；所述聚合物层和所述封装结构均由天然可降解材料构成；所述天然可降解材料为选自丝素蛋白、大豆蛋白、蛋清、纤维素、木质素、甲壳素、淀粉、米纸、聚羟基烷酸酯和葡甘聚糖中的一种或多种。

优选地，所述天然可降解材料为米纸、蛋清、丝素蛋白、甲壳素和纤维素中的一种或多种。