[發(fā)明專利]人體嵌入式元器件的生物老化方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210328645.9
• 申請日: 2012-09-07
• 公開（公告）號: CN102830356A
• 公開（公告）日: 2012-12-19
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 鄒強;秦月辰;劉文濤;朱哲;傅星;馬建國;薛濤;王慧;帕提曼·托乎提
• 申請（專利權(quán)）人: 天津大學(xué)
• 主分類號: G01R31/34
• 分類號: G01R31/34
• 代理公司: 天津市北洋有限責(zé)任專利代理事務(wù)所 12201
• 代理人: 程毓英

所屬技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于電子元器件組裝與加工技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種人體嵌入式元器件。

背景技術(shù)

2010年3月28日，英國《自然—納米技術(shù)》報道了美國佐治亞理工學(xué)院王中林教授的研究小組的兩項研究新成果：具有高電壓輸出的納米發(fā)電機、首次實現(xiàn)基于納米線的自驅(qū)動納米體系。2010年4月16日，美國《科學(xué)》雜志新聞焦點欄目發(fā)表綜述文章，介紹將廢棄能量轉(zhuǎn)化為可用電能的納米發(fā)電機。文章說：“將運動能量轉(zhuǎn)化為電能的這種微小設(shè)備不可能驅(qū)動城市，但它們很快就足以能為手持電子設(shè)備和看不見的感應(yīng)器陣列充電。”

納米發(fā)電機的理念是由王中林于2006年首先提出的，之后，美國《科學(xué)》雜志將納米發(fā)電機的研發(fā)作為一個嶄新領(lǐng)域推出。提高納米發(fā)電機的輸出電壓和功率的最終目標(biāo)，是實現(xiàn)納米器件的自驅(qū)動化，即不需要外接電源或電池。

最近20年，納米科學(xué)界對納米材料合成的應(yīng)用研究方興未艾，特別是納米器件研究。納米器件具有功耗小、反應(yīng)靈敏等宏觀器件所不具有的優(yōu)勢。從2000年開始，王中林意識到氧化鋅納米材料獨特的半導(dǎo)體、光學(xué)和生物特性，先后合成出氧化鋅納米帶、納米環(huán)和納米螺旋。但這些研究主要集中在納米器件本身，如何解決納米器件的充電電源是一個新問題。

壓力材料一般是指由鋯鈦酸鉛組成的一種薄膜。早在1880年，科學(xué)家就發(fā)現(xiàn)，將電壓作用在這種壓力材料上，會讓其產(chǎn)生應(yīng)變；也就是說，壓力材料能將電能轉(zhuǎn)化為機械能。

2006年初，在美國《科學(xué)》雜志的論文中，王中林提出了通過由壓電材料合成的納米線將機械能轉(zhuǎn)化為電能，并首次提出了納米發(fā)電機的原理。隨后，他把壓電所產(chǎn)生的電場應(yīng)用于控制半導(dǎo)體中載流子的輸運過程，因此提出了壓電電子學(xué)（Piezotronics）的新概念。

哈佛大學(xué)國際納米技術(shù)領(lǐng)軍人Charles?Lieber教授高度評價說，該工作是極其令人振奮的，因為它提出了解決納米技術(shù)中一個極其要害問題的方案，那就是如何來實現(xiàn)許多研究組所發(fā)明的納米器件的供電問題在認(rèn)識和解決該重大科學(xué)和技術(shù)問題上王教授充分發(fā)揮了他的原創(chuàng)性，那就是利用先創(chuàng)的氧化鋅納米線來實現(xiàn)把力能轉(zhuǎn)換為電能。

這一發(fā)明可以整合納米器件，實現(xiàn)真正意義上的納米系統(tǒng)，它可以收集機械能，比如人體的運動、肌肉的收縮、血液的流動；震動能，比如聲波、超聲波；甚至流體能量，比如體液的流動、血液的流動、動脈的收縮，并將這些能量轉(zhuǎn)化為電能提供給納米器件。這一納米發(fā)電機所產(chǎn)生的電能足夠供給納米器件或系統(tǒng)所需，從而實現(xiàn)自供能，無線納米器件和納米機器人。這也是全世界納米領(lǐng)域的最讓人激動的重大發(fā)現(xiàn)，這一開創(chuàng)性的發(fā)明，一定會引起整個納米學(xué)界對納米電源方面研究的巨大熱潮。

白蛋白中含有大量的氨基（每分子585個），其電負(fù)性相比于羥基、羧基都要強，更容易與金屬離子進行配位絡(luò)合。在體液pH7.2-pH7.4的環(huán)境中，白蛋白為負(fù)離子，每分子可以帶有200個以上負(fù)電荷，使得白蛋白非常易于和金屬離子進行絡(luò)合。

Zn²⁺與氨基絡(luò)合，造成部分白蛋白失活，溶液中活性蛋白含量降低，從而拉曼光譜白蛋白的峰值強度不斷降低。Zn²⁺與白蛋白發(fā)生絡(luò)合反應(yīng)，溶液中ZnO的含量也隨之降低，從而拉曼光譜ZnO的峰值強度不斷降低。

當(dāng)ZnO材料從二維平面不斷縮小尺寸，至零維顆粒，甚至一維納米線的過程中，比表面積急劇增加，尖端裸露的ZnO分子與蛋白的接觸呈幾何數(shù)量級上升。ZnO納米線尖端的Zn²⁺與氨基相互吸引，O^2-與氨基相互排斥。當(dāng)ZnO陣列尺度減小至納米級別，Zn²⁺與氨基之間的相互吸引與Zn²⁺、O^2-之間的吸引力逐漸平衡，當(dāng)Zn²⁺與氨基之間的相互吸引大于Zn²⁺、O^2-之間的吸引力時，Zn²⁺即從ZnO中脫離而進入蛋白溶液中。

Zn²⁺與氨基絡(luò)合，造成部分白蛋白變性，溶液中活性蛋白含量降低，從而拉曼光譜白蛋白的峰值強度不斷降低。Zn²⁺與白蛋白發(fā)生絡(luò)合反應(yīng)，溶液中ZnO的含量也隨之降低，從而拉曼光譜ZnO的峰值強度不斷降低。