项目名称: 心肌细胞机械特性及其基于压电材料的发电特性研究

项目编号: No.61474071

项目类型: 面上项目

立项/批准年度: 2015

项目学科: 无线电电子学、电信技术

项目作者: 王晓红

作者单位: 清华大学

项目金额: 80万元

中文摘要: 随着信息科学与医疗技术的结合与发展,可植入式器件的研究给体内检测与治疗带来了希望,具体应用在体内生理生化参数的监测,疾病的诊断和治疗,及器官移植等方面。然而,体内可植入式器件的寿命在一定程度上受限于电池的供电时间。最直接的体内供能方案是将体内的能量转换为可利用的电能。 本课题组首次提出基于心肌细胞收缩性的微型发电机概念。由于心肌细胞具有突出的机械性能和节律性,通过相应的压电换能材料,将细胞的机械能转换为电能,有望为体内的微纳器件直接供电。本项目将研究浇铸压膜制备压电薄膜材料,及静电纺丝制备压电纳米纤维材料的方法,进而对匹配压电薄膜材料的相关参数(如厚度,尺寸等)与心肌细胞的机械参数进行研究,同时研究压电纳米纤维的空间排布对心肌细胞的能量转化的影响机理。 本项目将研究出:(1)特定空间排布的心肌纤维组织的机械收缩机理;(2)心肌组织产生的机械能在压电材料上进行能量转换的方法及微器件的实现。

中文关键词: 生物发电机;心肌细胞;压电材料;纳米纤维;微机电系统

英文摘要: With the combination and development of information technologies and medical sciences, more and more promising research on personal healthcare exists in implantable devices which enable for real-time in-body detection and treatment, diagnosis and therapy of major diseases, and organ transplantation and so on. Today, in order to operate pacemaker or other implantable devices, battery is required to provide the electrical power. Continuous and long-term power supply generated directly from biological organisms will have great impact on current and future systems. We firstly proposed a concept of mechanical biogenerators based on living myocardial cells. A combination of myocardial cells and some piezoelectric materials can convert mechanical energy to electricity to supply implanted microdevices, due to myocardial cells with outstanding mechanical and rhythmic properties. This project will utilize casting and imprinting techniques to fabricate piezoelectric thin film and electrospinning technique to fabricate piezoelectric nanofibers and then focus on studies on characteristics mechanism of piezoelectric film material and contraction properties of cardiomyocytes, and effect of piezoelectricity and spatial arrangement of electrospun nanofibers on energy conversion mechanism of cardiomyocytes. This project combines micro- and nano-machining technology and biological cell engineering technology to explore: (1) Contraction mechanism of engineered myocardial tissue with specific pattern, (2) Energy conversion of piezoelectric material driven by myocardial tissue and fabrication of energy harvesting devices.

英文关键词: biogenerator;cardiomyocyte;piezoelectric material;nanofiber;micro electrc mechanical systems(MEMS)

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