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  摩擦納米發(fā)電機近年來成為了研究者關注的熱點，其無論是作為能量捕獲器，還是在作為自發(fā)電傳感器的應用都得到了廣泛的研究。而普通的液-固接觸摩擦納米發(fā)電機存在著液體接觸后殘留的問題，導致其作為傳感器靈敏度和機體使用壽命的降低�？紤]到超疏水表面對水、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)學設備的研發(fā)開辟了新途徑，并在血漿分離器、血管支架和心臟瓣膜等領域取得了一定的進展。基于此，華中科技大學楊光教授團隊通過簡單的制作工藝和疏水硅納米顆粒涂覆的方法設計了一種超疏水的液-固接觸摩擦納米發(fā)電機（圖 1， a），研究了其作為液滴傳感器在生物醫(yī)學上的應用。

圖1. (a) 超疏水液固接觸摩擦納米發(fā)電機的結(jié)構示意圖。(b) 六種類型的液滴與摩擦納米發(fā)電機表面的接觸浸潤圖及在上面活動產(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)電機不僅具有優(yōu)秀的疏水性能，對酸、堿、磷酸鹽緩沖液、尿液及血液都具有很強的排斥作用，六種溶液在其表面的接觸角接近于160度（圖 1 ，b）。當六種液體的液滴在超疏水液-固接觸摩擦納米發(fā)電機表面滾過或彈跳過時，每一滴液滴都可以產(chǎn)生一個電流峰信號（圖 1，b），說明其作為液滴傳感器具有很靈敏的檢測能力。

  利用此超疏水液-固接觸摩擦納米發(fā)電機作設計引流瓶液滴傳感器可以實時監(jiān)測患者引流的情況(圖 1，c)，對患者引流的時間和引流量量進行記錄，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，及時結(jié)束引流操作，減輕患者的痛苦。設計的超疏水液-固接觸摩擦納米發(fā)電機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數(shù)器，進而設計得到智能靜脈輸液器。通過模擬靜脈輸液實驗發(fā)現(xiàn)，設計的智能靜脈輸液器可以監(jiān)測輸液時不同的速度（圖1，c），說明其具有很好的實時監(jiān)測功能，可以為輸液患者和醫(yī)護人員提供輸液信息，進一步的可以結(jié)合無線數(shù)據(jù)傳輸計數(shù)和智能移動設備，患者和醫(yī)護人員可以通過智能移動設備掌握輸液信息，實時了解輸液情況，比如輸液速度、輸液剩余時間、輸液完成報警提示等，從而減輕醫(yī)護人員的工作量，提升患者輸液的舒適度，提高輸液護理的質(zhì)量。

  該工作由華中科技大學、武漢理工大學共同合作完成，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博士生胡三明，共同一作為華中科技大學石志軍博士，通訊作者為華中科技大學楊光教授，共同通訊作者為武漢理工大學趙維瑋副教授。華中科技大學為第一作者單位。

  研究工作得到國家自然科學基金項目，國家重點研發(fā)計劃等資助。

  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.