隨著植入式電子醫(yī)療設(shè)備的快速發(fā)展，植入式超級電容器已成為流行的儲能設(shè)備。然而，超級電容器在植入人體時(shí)不可避免地會與血液直接接觸，可能會引起凝血、血栓等臨床不良反應(yīng)，損害植入式儲能裝置的性能，對人類健康構(gòu)成嚴(yán)重威脅。

2024年12月3日，蘭州理工大學(xué)冉奮教授在國際頂級期刊Nature?Communications發(fā)表題為《An anticoagulant supercapacitor for implantable applications》的研究論文，王相雅為論文第一作者，冉奮教授為論文通訊作者。

冉奮，蘭州理工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院教授，甘肅省飛天學(xué)者。2002年本科畢業(yè)于沈陽化工大學(xué)；2005年在北京化工大學(xué)獲得碩士學(xué)位；2012年獲四川大學(xué)博士學(xué)位。2013-2018年先后在新加坡國立大學(xué)、美國加州大學(xué)圣克魯茲分校、美國加州大學(xué)圣芭芭拉分校進(jìn)行訪問；2005年至今任職于蘭州理工大學(xué)。

研究領(lǐng)域?yàn)?.“活性”/可控聚合與大分子設(shè)計(jì)；2.高分子基儲能材料；3.生物醫(yī)用高分子與人工器官。主編或編寫英文專著4部，發(fā)表學(xué)術(shù)論文100余篇。

在本文中，作者設(shè)計(jì)了一種肝素?fù)诫s導(dǎo)電聚合物（PEDOT）制備抗凝血超級電容器，應(yīng)用于植入式生物電子學(xué)中。

研究人員以已知的抗凝血高分子肝素（Hep）作為PEDOT摻雜的抗衡離子，增強(qiáng)其電導(dǎo)率，通過化學(xué)氧化聚合合成了具有抗凝血活性的生物電極材料PEDOT：Hep。同時(shí)，研究人員通過原位聚合構(gòu)建了抗凝血超級電容器，其中PEDOT：Hep和細(xì)菌纖維素分別作為電極材料和電解質(zhì)層。

由于肝素的摻入，超級電容器具有以下四個(gè)方面的優(yōu)勢：1.較高的血液相容性，溶血率<5%；2.良好的抗凝性能，凝血時(shí)間為63.4秒；3.良好的循環(huán)穩(wěn)定性，在20000次循環(huán)后電容保持率為76.24%；4.可為植入雌性小鼠體內(nèi)的心率傳感器供電。

這項(xiàng)工作為植入式電子設(shè)備實(shí)現(xiàn)體內(nèi)抗凝血活性提供了一個(gè)平臺。

圖1：傳統(tǒng)植入式生物電子設(shè)備與抗凝血植入式超級電容器在與血液成分接觸時(shí)的不同臨床反應(yīng)

圖2：抗凝血超級電容器的制備過程和照片

圖3：PEDOT：Hep的性能表征

圖4：PEDOT：Hep的電化學(xué)性能和血液相容性

圖5：抗凝血超級電容器的結(jié)構(gòu)和血液相容性

圖6：抗凝血超級電容器的電化學(xué)性能

圖7：抗凝血超級電容器的應(yīng)用

圖8：抗凝血超級電容器在體內(nèi)的血液相容性和生物相容性

綜上，該研究設(shè)計(jì)了一種肝素?fù)诫s導(dǎo)電聚合物（PEDOT）以制備抗凝血超級電容器，用于植入式生物電子設(shè)備，通過化學(xué)氧化聚合合成具有抗凝血活性的生物電極材料PEDOT：Hep，并構(gòu)建了一體化結(jié)構(gòu)的抗凝血超級電容器。

這項(xiàng)研究為植入式電子設(shè)備提供了一種新的抗凝血能量存儲解決方案，具有改善設(shè)備性能和提高患者安全性的潛力。其未來有望應(yīng)用于植入式醫(yī)療設(shè)備、生物兼容性材料研究、能量存儲技術(shù)以及抗凝血藥物開發(fā)中。

Wang, X., Yu, M., Kamal Hadi, M.?et al.?An anticoagulant supercapacitor for implantable applications.?Nat. Commun., (2024).