最近，中國科學(xué)院海洋研究所與中國科學(xué)院北京納米能源與系統(tǒng)研究所等單位合作，開發(fā)了自驅(qū)動海洋微生物腐蝕預(yù)警及防護(hù)技術(shù)。相關(guān)成果發(fā)表在《Advanced Energy Materials》（IF=29）、《Nano Energy》（IF=19）、《Advanced Functional Materials》（IF=19）等國際學(xué)術(shù)期刊上。
該技術(shù)不依賴外界電源輸入，可直接利用海洋環(huán)境能量等機(jī)械能實(shí)現(xiàn)對海洋環(huán)境典型腐蝕微生物的快速檢測及有效防護(hù)，可以為海洋工程、大型裝備的安全運(yùn)行提供保障，也為我國海洋探索、開發(fā)、利用提供技術(shù)支持。
據(jù)估算，2021年我國因海洋腐蝕造成的經(jīng)濟(jì)損失超過10000億元人民幣，其中，生物腐蝕占總海洋腐蝕損失的20%左右。海洋微生物腐蝕預(yù)警及防護(hù)技術(shù)開發(fā)對海洋工程運(yùn)行來說至關(guān)重要。如何快速獲得環(huán)境微生物種類等信息，以及如何利用環(huán)境能量驅(qū)動微生物防護(hù)技術(shù)是亟待解決的問題。
研究團(tuán)隊(duì)基于摩擦納米產(chǎn)電原理，優(yōu)化設(shè)計了軟接觸式等多種摩擦納米發(fā)電機(jī)模型，可將人體、海洋環(huán)境的能量轉(zhuǎn)化電能。在此基礎(chǔ)上，將產(chǎn)生的電能作為傳感信號源，利用萬古霉素對微生物細(xì)胞壁的特異結(jié)合特性識別并捕獲微生物，利用胍基官能團(tuán)功能化的多壁碳納米管被作為信號放大材料，通過測量生物傳感器的電壓變化，實(shí)現(xiàn)快速地、特異性地檢測溶液中的微生物（圖1）。另外，通過結(jié)構(gòu)設(shè)計與優(yōu)化，提高了摩擦納米發(fā)電機(jī)的輸出電壓，獲得電能輸出效率遠(yuǎn)超目前文獻(xiàn)報道的摩擦納米發(fā)電機(jī)模型，并將該技術(shù)與尖端擊穿放電、紫外殺菌技術(shù)結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了自驅(qū)動高效新型滅菌技術(shù)開發(fā)（圖2）。
圖1. 摩擦納米發(fā)電機(jī)驅(qū)動的生物傳感系統(tǒng)的制備和檢測示意圖
圖2. 基于環(huán)境能量轉(zhuǎn)化的微生物腐蝕控制技術(shù)示意圖.
論文信息：
1.Changyang Li, Hengyu Guo, Zhiyi Wu, Peng Wang*, Dun Zhang, Yihan Sun, Self-Healable Triboelectric Nanogenerators: Marriage between Self-Healing Polymer Chemistry and Triboelectric Devices, Advanced Functional Materials, 2022, 220832
2.Congyu Wang, Peng Wang*, Junhuan Chen , Liyang Zhu , Dun Zhang , Yi Wan , Shiyun Ai，Self-powered biosensing system driven by triboelectric nanogenerator for specific detection of Gram-positive bacteria，Nano Energy, 2022,93,106828
3.Zhou Zhou , Peng Wang*, Jiawei Li, Congyu Wang, Junhuan Chen, Liyang Zhu, Haitao Zhu, Dun Zhang, A self-powered microbiosensor system for specific bacteria detection based on triboelectric nanogenerator, Nano Energy, 2022,98,107317
4.Junhuan Chen, Xuelian Wei, Baocheng Wang, Ruonan Li, Yanggui Sun, Yating Peng, Zhiyi Wu*, Peng Wang*, Zhong Lin Wang*, Design Optimization of Soft-Contact Freestanding Rotary Triboelectric Nanogenerator for High-Output Performance, Advanced Energy Materials,2021,11, 2102106.
5.Junhuan Chen, Peng Wang*, Jiawei Li, Congyu Wang, Junlei Wang, Dun Zhang, Yating Peng, Baocheng Wang, ZhiyiWu*, Self-Powered Antifouling UVC Pipeline Sterilizer Driven by the Discharge Stimuli Based on the Modified Freestanding Rotary Triboelectric Nanogenerator, Nano Energy,2022, 95, 106969.
