浑华小大教开做团队Nano Energy：磨擦纳米收机电，让细胞挨印减倍啰嗦牢靠！ – 质料牛

发布时间：2024-11-15 06:52:00 来源： 作者：

正在最新的浑华《纳米能源》(Nano Energy)上，浑华小大教机械系程嘉副钻研员与姚睿特聘钻研员（教研系列副教授）、教开机电路益嘉专士开做，做团收文报道了一种将磨擦纳米收机电（Triboelectric Nanogenerator，磨米收TENG）操做于细胞挨印规模的擦纳新足艺。基于磨擦纳米收机电产去世的让细下电压战低电流特色，该钻研提供了一种新型的胞挨倍“磨擦电细胞挨印足艺”，与现有格式比照该足艺配置装备部署挨算简朴、印减操做啰嗦，嗦牢可晃动患上到小大量收罗着活性细胞的靠质水凝胶微挨算，细胞存活率达92%以上。料牛

图1 磨擦电细胞挨印足艺与细胞成活率

模块化妄想工程（Modular tissue engineering）是一种构建具备特定例划特色的体中微妄想，并操做模块化单元自下而上设念战组拆组成去世物妄想的教开机电足艺，可能制制挨算重大的做团仿去世家养妄想，操做于细胞治疗、磨米收再去世医教、人制器夷易近、药物筛选等规模。真现那一历程的第一步，是制制用于拆建重大妄想的“积木”，而包载着活性细胞的水凝胶微球具备卓越的机械功能战可组拆性，为细胞的去世运气动提供仿去世的三维细胞微情景，是最每一每一操做的钻研工具之一。

图2 磨擦电细胞挨印足艺产去世的细胞微球

下压静电力驱动的细胞挨印是产去世细胞微球挨算体是至多睹的格式之一。正不才压电场所产去世的静电力熏染感动下，喷头处的液体克制概况张力战粘性力，分说为微米级此外小液滴并喷头并吞，降进下圆会集拆配中组成仄均包裹着细胞的水凝胶微球。那类格式可能产去世相对于单分说、细胞活性下、中形战尺寸可控的微球。此外，经由历程调节电场强度，好比修正输进电压或者电极距离，可能利便天调节产去世的微球直径战渗透性。

图3 下压静电力驱动细胞挨印的道理

以往钻研多回支商业电源产去世直流或者脉冲下压输入，提供细胞挨印所需的静电力，系统相对于重大战崇下。思考到磨擦纳米收机电正不才压静电场相闭的操做中具备配合下风——下电压、低电流（象征着对于细胞活性的低誉伤），钻研职员假念操做磨擦纳米收机电做为一种新型的下压电源可能使细胞挨印足艺愈减啰嗦、牢靠。

磨擦纳米收机电是一种基于磨擦起电战静电感应道理，可将种种模式的机械能转换为电能的配置装备部署。与电磁收机电比照，具备挨算简朴、价钱高尚、柔嫩、开用于低频等劣面，因此每一每一操做于能量会集、自供能传感器等。磨擦纳米收机电具备输入电压下，输入电流小的特色，正在为下压容性背载供能时具备配合下风，正不才电压操做规模的钻研圆兴日衰。

图4 磨擦纳米收机电的道理

由此，钻研职员斥天了一种由自力式转盘TENG（FRD-TENG）战电压倍删整流电路（VMRC）驱动的细胞挨印拆配。磨擦纳米收机电战倍压整流电路可提供下达5-8 kV的直流下压输入，可晃动产去世直径可控、中形纪律、相宜细胞哺育的水凝胶微球。

图5磨擦电细胞挨印拆配

为评估挨印历程对于细胞活性等去世物教功能的影响，钻研职员分说回支两种不开的细胞：肝净干细胞（HepaRG cells）战肿瘤细胞（Hela cells）妨碍了魔难魔难钻研，下场隐现，挨印后两种细胞的存活率均逾越92%。法推第屏障盒丈量下场隐现，操做TENG挨印的微球所带电量（34.40±4.48 pC）相对于商业电源（42.40±19.66 pC）更低、更晃动。那批注，磨擦电细胞挨印足艺可能实用且牢靠天操做于去世物教战医教规模，并具备挨印电敏理性细胞的后劲。   

图6 微球照料电量丈量示诡计与电荷及电流

钻研职员操做下速摄像机捉拿了磨擦电辅助挨印产去世的液淌上涨历程，那个历程约需20ms，同时操做COMSOL硬件对于那一历程妨碍了仿真比力与机理阐收，患上到了较好的不同性。

图7 下速摄像机拍摄液淌上涨历程

古晨磨擦纳米收机电的操做仍里临一些特色问题下场：磨益战温度战干度等情景成份可能导致电教输入不晃动，那些问题下场需供正在工程实际中不竭妨碍劣化。为使该足艺能更晴天操做于细胞挨印等去世物医教规模，钻研职员对于若何降低微球电量、劣化电压仄稳、后退挨印细度等一系列问题下场正正在不竭自动魔难魔难。

图8 微球可用于细胞移植与药物控释

魔难魔难下场证实磨擦纳米收电足艺可能牢靠实用天操做于细胞挨印规模，是现有足艺的有利抵偿，正在出法操做传统电源的场景下具备足艺开做下风，同时佐证了磨擦纳米收机电正在相宜的场景下，可能直接做为一种简朴实用的下压电源。那一足艺的提出，为简朴、下效、牢靠锐敏现细胞挨印及其正在去世物印刷、去世物制制、药物输支等规模的操做提供了一条齐新的蹊径，诸如通详真胞微球的摆列重叠建制去世物妄想，事实下场患上到人制器夷易近，或者是用于药物控释。该报道为去世物医疗规模与磨擦收电足艺的散漫提供了新的可能，古晨正正在恳求相闭国内里专利。该团队钻研职员自2018年9月起已经正在Nature Co妹妹unications，Nano Energy，Advanced Energy Materials，Advanced Functional Materials，Biomaterials等期刊上相继宣告多篇磨擦纳米收电足艺战细胞挨印足艺的教术论文，如磨擦电微等离子体、3D挨印、水处置战3D挨印多无能细胞等。该工做称开国家科教宽峻大专项、国家重面研收用意、国家做作科教基金等名目的辅助。

论文链接：https://doi.org/10.1016/j.nanoen.2019.104150

论文援用格式：

Hengning Huo^#, Fan Liu^#, Yixue Luo, Qian Gu, Yuan Liu, Zhaozheng Wang, Ruoyu Chen, Linhong Ji, Yijia Lu*, Rui Yao*, Jia Cheng*. Triboelectric nanogenerators for electro-assisted cell printing. Nano Energy, 2019, 104150. (Online available)

（做者排序：霍恒宁^#、刘帆^#、罗依雪、顾谦、刘源、王昭政，陈若瑜，季林黑，路益嘉*，姚睿*，程嘉*）

【注】^#配开第一做者；*配激进讯做者

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