西北工業大學周重見AFM：首次制備出利用皮膚熱量自發電促進傷口愈合的熱電薄膜
在臨床上電信號可加速傷口全層愈合，但通常由大型發電系統產生，需要授權人員進行精細控制。西北工業大學周重見課題組開發了一種高效自供電的柔性生物兼容熱電裝置。改器件可在10 K的溫度梯度下產生 10 mV 的電壓，可直接高效地將皮膚表面散發熱量轉化為微伏級的電能。所輸出的電能激活并上調 Piezo1 介導的與組織再生相關的通路的表達，加速體外細胞遷移和增殖，使體內傷口愈合速度加快4天。更重要的是，這種熱電裝置能快速愈合傷口，而無需使用放大器等任何額外的電路。這些優勢可能徹底改變利用皮膚熱量診斷、監測和治療各種病癥的自供電可穿戴生物電子器件的設計。
圖1. 使用柔性生物兼容熱電裝置加速皮膚傷口愈合的示意圖。(A) 左圖為薄膜結構柔性熱電（TE）裝置的剖視圖。(B)顯示TE設備產生的電流刺激成纖維細胞向傷口方向移動。(C) 顯示柔性熱電裝置可快速愈合傷口。
圖2.?柔性熱電裝置和發電效率。(A) 圓形多腳熱電裝置由6對n型Bi2Te3和p型Bi0.5Sb1.5Te3矩形薄層組成（左圖）。柔性聚酰亞胺層密封了整個裝置，防止其接觸皮膚，以實現生物兼容性。黑色和紅色箭頭分別表示熱電材料和銅電極。該裝置可以折疊（右圖）。(B)生物兼容柔性熱電裝置的輸出電壓和功率與溫差的關系。(C) 在彎曲半徑為12毫米時，該裝置的內阻與彎曲次數的關系顯示，該裝置在彎曲400次后的衰減可忽略不計。插圖顯示該裝置可繞直徑為 12 毫米的玻璃底部彎曲。
圖3. 熱電裝置在體內的傷口愈合效果。(A) 紅外熱圖像的俯視圖，顯示了麻醉大鼠在 30 分鐘內貼上柔性熱電裝置后的溫度分布。插圖為溫度分布的側視圖。(B) 有限元分析解析了柔性熱電裝置內的溫度分布（上圖）和相應的電場（下圖）。(C) 熱電裝置、假手術組和空白組的體內實驗配置，以及12天內整個傷口愈合過程的代表性圖像。裝有熱電裝置的傷口比其他組快4天愈合。(D) 各組治療6天的大鼠組織切片的H&E圖像，顯示與假手術組和對照組相比，熱電裝置能迅速閉合傷口并將炎癥降至最低。(E）免疫組化圖像取自（D）中的切片區域。紅色箭頭標示免疫組化染色陽性細胞，表明熱電裝置組中抗 Piezo1 陽性細胞更多。
西安交通大學口腔醫學院，碩士生張雨薇，西北工業大學凝固技術國家重點實驗室，博士后，葛邦治，中國科學院深圳先進技術研究院，馮江河副研究員，電子科技大學深圳高等研究院，博士后，助理研究員曠年玲為本論文的共同第一作者。西北工業大學周重見教授，西安交通大學口腔醫學院董少杰主治醫師，中國科學院深圳先進技術研究院深圳先進電子材料研究所，劉睿恒教授為本論文的共同通訊作者。該工作的開展和完成得到國家自然科學基金、凝固技術國家重點實驗室研究基金、深圳市科技研究基金等項目的大力支持。
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