北理工課題組在構(gòu)建可植入微型超級(jí)電容助力小腸傷口修復(fù)方面取得進(jìn)展
發(fā)布日期：2026-05-15 供稿：化學(xué)與化工學(xué)院
編輯：田柳 審核：王振華 閱讀次數(shù)：
近日，北京理工大學(xué)化學(xué)與化工學(xué)院趙揚(yáng)教授在國(guó)際頂級(jí)期刊《Nature Communications》上發(fā)表題目為“Mechanically-activated electrochemical implantable micro-supercapacitors boosting wound healing in the small intestine”的研究論文（DOI: 10.1038/s41467-026-73010-6）。北京理工大學(xué)為第一通訊單位，北京理工大學(xué)趙揚(yáng)教授為通訊作者，化學(xué)與化工學(xué)院22級(jí)博士研究生吳文鵬為論文第一作者。北京理工大學(xué)化學(xué)與化工學(xué)院趙飛教授為合作者。本研究得到了國(guó)家自然科學(xué)基金、京津冀基礎(chǔ)研究合作專(zhuān)項(xiàng)等項(xiàng)目支持。
近年來(lái)，隨著對(duì)生物電調(diào)控再生機(jī)制理解的不斷深入，能夠模擬內(nèi)源性電信號(hào)的植入式微電源被認(rèn)為是下一代智能生物電子器件的重要發(fā)展方向。然而，在狹窄曲折的腸道等體內(nèi)環(huán)境中，植入式微能量器件需要同時(shí)滿(mǎn)足高能量密度、小尺寸、柔韌性、生物相容性和長(zhǎng)期穩(wěn)定性等苛刻要求。傳統(tǒng)微超級(jí)電容器在電極活性材料致密化與暴露的有效活性面積之間長(zhǎng)期存在相互制衡的關(guān)系。
針對(duì)上述挑戰(zhàn)，研究團(tuán)隊(duì)提出一種機(jī)械激活電化學(xué)策略，利用聚乙烯醇（PVA）網(wǎng)絡(luò)在水蒸發(fā)過(guò)程中的各向同性收縮，對(duì)碳納米管（CNTs）施加內(nèi)應(yīng)力，誘導(dǎo)CNTs晶格壓縮和彎曲變形，從而額外激活電化學(xué)活性表面積。相較于收縮前的初始狀態(tài)，電極的電化學(xué)活性面積增大近4000倍，組裝的微超級(jí)電容器體積電容高達(dá)56.5 F cm-3。可直接封裝成最小特征尺寸僅2.5 mm的植入式器件，在模擬腸液中持續(xù)放電超過(guò)96小時(shí)，并在巴馬小型豬模型中使腸道傷口愈合速率提高了36%-50%。
圖1. 植入式器件的設(shè)計(jì)概念及示意圖
圖2. PVA/CNTs水凝膠的形貌與結(jié)構(gòu)表征
圖3. PVA/CNTs電極收縮過(guò)程的微觀結(jié)構(gòu)表征
圖4. 應(yīng)變誘導(dǎo)PVA/CNTs電極的性能與機(jī)理分析
圖5. 微型超級(jí)電容器的結(jié)構(gòu)組裝示意圖與電化學(xué)性能
制備的可植入器件在為小型生物醫(yī)療和植入式微電源設(shè)計(jì)方面提供了新范式，為未來(lái)高度集成、可長(zhǎng)期植入的醫(yī)療電子設(shè)備提供了理想的供能解決方案。
圖6. 可植入式器件電刺激腸道傷口愈合的生物學(xué)應(yīng)用
文章鏈接：https://doi.org/10.1038/s41467-026-73010-6
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