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華裔教授奈米發電機重大突破 心臟可發電

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【大紀元6月14日訊】(大紀元記者古惠珍編譯報導)由美國喬治亞理工學院華裔教授王中林領導的研究團隊發現,氧化鋅奈米線(Zinc oxide nanowires)在機械力作用下會產生電力,證明有壓電效應。他們展示了一個微小到幾乎看不見的奈米線,它可將老鼠體內脈搏和肌肉收縮的能量轉換成電流。他們希望有朝一日,將這個奈米線發電機植入病人體內,由心臟提供植入病人體內的醫療裝置所需的電力。

據《科技回顧雜誌》(Technology Review)報導,喬治亞理工學院材料科學與工程系教授王中林於2005年首次證明這些奈米線發電機。從那時起,他們已可以利用跑步的倉鼠和輕敲的手指所產生能量而產生裝置,且將壓電奈米線和太陽能電池結合。

該研究團隊證明奈米發電機可在活體動物運作,他們的最新成果發表在《先進材料雜誌》(Advanced Materials)上。研究人員放置氧化鋅奈米線在一個有彈性的聚合物基質(polymer substrate),並以聚合物包裹來保護它,避免體液破壞。

接著把它固定在老鼠的橫隔膜上。一旦老鼠呼吸便會拉長此奈米線,此裝置在2毫伏特下可產生4微微安培的電流。當連接到老鼠的心臟,此裝置在3毫伏特下可產生30微微安培的電流。

對於可監測血壓或血糖值與腫瘤生物標記的奈米大小的感應器,氧化鋅奈米發電機將是一個理想的電力來源。它們可以在約1微瓦特低電力下運作,但它們需要一個持久的奈米大小的電力代替真正奈米大小的電池。他們的最終目標是製造可自行供電奈米裝置可作為醫療用途。

以現今技術而言,此發電機所產生的毫微微瓦特(femtowatt)電力太低了,不切實際。但是這即將有所突破。當研究人員只測試了老鼠體內單一奈米線的裝置,他們還建立了一個結合了數百個奈米線陣列裝置。據研究人員最近發表在自然雜誌《奈米技術》(Nature Nanotechnology)的論文顯示,這種裝置在1.2伏特電壓下,它的輸出電流約100毫微安培,產生 0.12微瓦特的電力。下一步就是在動物體內連接更高輸出的奈米發電機到奈米感應器。

除了氧化鋅奈米線之外,現存還有更好的壓電材料,可作為生物醫學應用。最有效的壓電材料是鋯鈦酸鉛(PZT),它是鉛、鋯(zirconium)和鈦(titanium)的混合物。

普林斯頓大學機械工程教授麥克麥卡爾平(Michael McAlpine)說,將機械力轉換成電流,鋯鈦酸鉛的效率是氧化鋅的10倍。鋯鈦酸鉛夾在矽膠層之間,醫療植入物使用此材料是將是他的研究重點。

他說,當人手指輕敲時,此材料會產生10毫微瓦特。更大面積的材料可以產生足夠的電力使心臟節律器充電,但此材料尚未經過動物測試。氧化鋅可能因為它的生物相容性,比鋯鈦酸鉛佔優勢。鋯鈦酸鉛的鉛造成此裝置必須包裹在矽膠內或其他生物相容聚合物。

他還說,如何產生更高電力輸出,將是這兩種材料的最大挑戰。將這些裝置植入動物體內而產生電力,這是令人驚嘆的,但為了製造一個有意義的電力輸出的裝置,仍需努力。
(http://www.dajiyuan.com)

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2010-06-15 12:03 AM
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