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清华大学机械系程嘉合作发文报道摩擦纳米发电机用于电辅助细胞打印

时间:2019-11-19 15:07:20 来源:网络

11月9日,清华大学机械系副研究员程佳与姚瑞副教授和陆一佳博士合作,正式发表了一篇题为用于电气辅助细胞印刷的摩擦纳米发电机((triboelectricnanogeneratorsforelectro-assistedcellprinting)OnlineonNanoEnergy)的学术论文。

摩擦纳米发电机(摩擦纳米发电机,Teng)是一种基于摩擦感应和静电感应原理将机械能转化为电能的设备。它具有结构简单、价格低廉、灵活性强等优点。它具有高电压、低电流的特点,在为高压容性负载供电时具有独特的优势。模块化组织工程是一种从下到上构建和使用模块化单元设计生物组织的技术,可用于细胞移植、人工器官等。细胞载水凝胶微球具有良好的互连性、力学性能和三维微环境,是目前应用最广泛的研究对象。电助分离技术可以制备单分散、高生物活性、尺寸和形状可控的微球。以往的研究普遍依赖于商用电源来产生直流或脉冲高压输出,而且系统比较复杂和昂贵。腾作为一种新型的高压电源,可以使电池印刷技术更加简单、高效。

(B)HepaRG和HeLa细胞三电辅助细胞荧光染色成活率比较:(A)装置效果图

本文提出了一种基于摩擦纳米发电机的电辅助印刷系统,该系统由独立的摩擦层摩擦纳米发电机、倍压整流电路和基本的印刷装置组成。用摩擦纳米发电机和倍压整流电路产生高压静电场(5~8kv),用细胞打印装置制备直径约为300μm、形状规则的微球,适用于三维细胞培养。在HepaRG和HeLa细胞携带微球的印刷实验中,细胞存活率高于92%。同时,用Teng(34)印刷了微球的电学性质。40±4。48%低于商用电源(42%),且稳定性较好。40±19。66pc),更适合于电敏感细胞的印刷。此外,还进行了电分析和多物理场耦合模拟,揭示了摩擦电驱动电池打印的机理,并通过参数实验确定了合适的印刷参数。实验结果表明,摩擦纳米发生器可安全、有效地应用于电子辅助电池印刷及后续生物应用,是对现有技术的有益补充,在传统电源无法使用的情况下具有技术竞争优势。

摩擦电辅助电池打印系统的特性参数:(A)电路原理(B)摩擦纳米发生器工作原理(C)升压电路(D)液滴电荷测量原理图(e,f)印刷过程电流和电波形(g,h)电位分布模拟结果(I)高速相机拍摄液滴过程(J)液滴液滴位移和速度。

本次联合交流的作者是清华大学机械系程佳、姚瑞和陆一佳。清华大学机械系研究生霍汉宁和刘帆是本文的第一作者。其他作者包括罗一学、顾谦、刘媛、王兆正、陈若雨和纪林洪教授。这项工作得到了国家重大科技项目、国家重点研发计划、国家自然科学基金和清华独立研究项目的支持。

链接到文件:https://doi.org/10.1016/j.nanoen.2019.104150

来源:清华新闻网

贡献:机械系