隨著植入式電子醫(yī)療設備的快速發(fā)展，植入式超級電容器已成為流行的儲能設備。然而，超級電容器在植入人體時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，損害植入式儲能裝置的性能，對人類健康構成嚴重威脅。

2024年12月3日，蘭州理工大學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，蘭州理工大學材料科學與工程學院教授，甘肅省飛天學者。2002年本科畢業(yè)于沈陽化工大學；2005年在北京化工大學獲得碩士學位；2012年獲四川大學博士學位。2013-2018年先后在新加坡國立大學、美國加州大學圣克魯茲分校、美國加州大學圣芭芭拉分校進行訪問；2005年至今任職于蘭州理工大學。

研究領域為1.“活性”/可控聚合與大分子設計；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)表學術論文100余篇。

在本文中，作者設計了一種肝素摻雜導電聚合物（PEDOT）制備抗凝血超級電容器，應用于植入式生物電子學中。

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，增強其電導率，通過化學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，研究人員通過原位聚合構建了抗凝血超級電容器，其中PEDOT：Hep和細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。

這項工作為植入式電子設備實現(xiàn)體內(nèi)抗凝血活性提供了一個平臺。

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

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的電化學性能和血液相容性

圖5：抗凝血超級電容器的結構和血液相容性

圖6：抗凝血超級電容器的電化學性能

圖7：抗凝血超級電容器的應用

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，該研究設計了一種肝素摻雜導電聚合物（PEDOT）以制備抗凝血超級電容器，用于植入式生物電子設備，通過化學氧化聚合合成具有抗凝血活性的生物電極材料PEDOT：Hep，并構建了一體化結構的抗凝血超級電容器。

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