华中科技大学杨光教授团队ACS AMI封面文章：超疏水液-固接触摩擦纳米发电机作为液滴传感器在生物医学上的应用

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摩擦纳米发电机近年来成为了研究者关注的热点，其无论是作为能量捕获器，还是在作为自发电传感器的应用都得到了广泛的研究。而普通的液-固接触摩擦纳米发电机存在着液体接触后残留的问题，导致其作为传感器灵敏度和机体使用寿命的降低。考虑到超疏水表面对水、组织液、血液、尿液和脓液等液体具有优异的排斥性能，为生物医学设备的研发开辟了新途径，并在血浆分离器、血管支架和心脏瓣膜等领域取得了一定的进展。基于此，华中科技大学杨光教授团队通过简单的制作工艺和疏水硅纳米颗粒涂覆的方法设计了一种超疏水的液-固接触摩擦纳米发电机（图 1， a），研究了其作为液滴传感器在生物医学上的应用。

图1. (a) 超疏水液固接触摩擦纳米发电机的结构示意图。(b) 六种类型的液滴与摩擦纳米发电机表面的接触浸润图及在上面活动产生的电流脉冲。(c)和(d) 基于超疏水液滴摩擦纳米发电机的引流瓶液滴传感器和智能静脉输液器。 

此液-固接触摩擦纳米发电机不仅具有优秀的疏水性能，对酸、碱、磷酸盐缓冲液、尿液及血液都具有很强的排斥作用，六种溶液在其表面的接触角接近于160度（图 1 ，b）。当六种液体的液滴在超疏水液-固接触摩擦纳米发电机表面滚过或弹跳过时，每一滴液滴都可以产生一个电流峰信号（图 1，b），说明其作为液滴传感器具有很灵敏的检测能力。

利用此超疏水液-固接触摩擦纳米发电机作设计引流瓶液滴传感器可以实时监测患者引流的情况(图 1，c)，对患者引流的时间和引流量量进行记录，医生根据记录的数据可以更好地分析患者伤口的情况，及时结束引流操作，减轻患者的痛苦。设计的超疏水液-固接触摩擦纳米发电机还具有粘黏性和可弯曲性质，将其粘黏在硅胶管内可以得到管状的液滴计数器，进而设计得到智能静脉输液器。通过模拟静脉输液实验发现，设计的智能静脉输液器可以监测输液时不同的速度（图1，c），说明其具有很好的实时监测功能，可以为输液患者和医护人员提供输液信息，进一步的可以结合无线数据传输计数和智能移动设备，患者和医护人员可以通过智能移动设备掌握输液信息，实时了解输液情况，比如输液速度、输液剩余时间、输液完成报警提示等，从而减轻医护人员的工作量，提升患者输液的舒适度，提高输液护理的质量。

该工作由华中科技大学、武汉理工大学共同合作完成，近期以”Superhydrophobic Liquid-Solid Contact Triboelectric Nanogenerator as Droplet Sensor for Biomedical Applications”为题、以封面文章发表在《ACS Applied Materials & Interfaces》杂志上。论文第一作者为华中科技大学博士生胡三明，共同一作为华中科技大学石志军博士，通讯作者为华中科技大学杨光教授，共同通讯作者为武汉理工大学赵维玮副教授。华中科技大学为第一作者单位。

研究工作得到国家自然科学基金项目，国家重点研发计划等资助。

论文链接：

http://dx.doi.org/10.1021/acsami.0c10097

论文引用：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.

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