西北工业大学周重见AFM：首次制备出利用皮肤热量自发电促进伤口愈合的热电薄膜

在临床上电信号可加速伤口全层愈合，但通常由大型发电系统产生，需要授权人员进行精细控制。西北工业大学周重见课题组开发了一种高效自供电的柔性生物兼容热电装置。改器件可在10 K的温度梯度下产生 10 mV 的电压，可直接高效地将皮肤表面散发热量转化为微伏级的电能。所输出的电能激活并上调 Piezo1 介导的与组织再生相关的通路的表达，加速体外细胞迁移和增殖，使体内伤口愈合速度加快4天。更重要的是，这种热电装置能快速愈合伤口，而无需使用放大器等任何额外的电路。这些优势可能彻底改变利用皮肤热量诊断、监测和治疗各种病症的自供电可穿戴生物电子器件的设计。

图1. 使用柔性生物兼容热电装置加速皮肤伤口愈合的示意图。(A) 左图为薄膜结构柔性热电（TE）装置的剖视图。(B)显示TE设备产生的电流刺激成纤维细胞向伤口方向移动。(C) 显示柔性热电装置可快速愈合伤口。

图2. 柔性热电装置和发电效率。(A) 圆形多脚热电装置由6对n型Bi₂Te₃和p型Bi_0.5Sb_1.5Te₃矩形薄层组成（左图）。柔性聚酰亚胺层密封了整个装置，防止其接触皮肤，以实现生物兼容性。黑色和红色箭头分别表示热电材料和铜电极。该装置可以折叠（右图）。(B)生物兼容柔性热电装置的输出电压和功率与温差的关系。(C) 在弯曲半径为12毫米时，该装置的内阻与弯曲次数的关系显示，该装置在弯曲400次后的衰减可忽略不计。插图显示该装置可绕直径为 12 毫米的玻璃底部弯曲。

图3. 热电装置在体内的伤口愈合效果。(A) 红外热图像的俯视图，显示了麻醉大鼠在 30 分钟内贴上柔性热电装置后的温度分布。插图为温度分布的侧视图。(B) 有限元分析解析了柔性热电装置内的温度分布（上图）和相应的电场（下图）。(C) 热电装置、假手术组和空白组的体内实验配置，以及12天内整个伤口愈合过程的代表性图像。装有热电装置的伤口比其他组快4天愈合。(D) 各组治疗6天的大鼠组织切片的H&E图像，显示与假手术组和对照组相比，热电装置能迅速闭合伤口并将炎症降至最低。(E）免疫组化图像取自（D）中的切片区域。红色箭头标示免疫组化染色阳性细胞，表明热电装置组中抗 Piezo1 阳性细胞更多。

西安交通大学口腔医学院，硕士生张雨薇，西北工业大学凝固技术国家重点实验室，博士后，葛邦治，中国科学院深圳先进技术研究院，冯江河副研究员，电子科技大学深圳高等研究院，博士后，助理研究员旷年玲为本论文的共同第一作者。西北工业大学周重见教授，西安交通大学口腔医学院董少杰主治医师，中国科学院深圳先进技术研究院深圳先进电子材料研究所，刘睿恒教授为本论文的共同通讯作者。该工作的开展和完成得到国家自然科学基金、凝固技术国家重点实验室研究基金、深圳市科技研究基金等项目的大力支持。

原文链接：https://doi.org/10.1002/adfm.202403990