《Biomaterials》：Electrotherapy and Health Monitoring with Piezoelectric and Triboelectric Technologies
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本綜述聚焦自供電系統在電療與健康監測中的應用，探討壓電納米發電機（PENGs）和摩擦電納米發電機（TENGs）如何將生物機械能轉化為電能，用于傷口愈合、神經再生及生理監測，分析技術挑戰與轉化潛力，為無創醫療提供新思路。
壓電與摩擦電技術在電療及健康監測中的研究進展
引言
現代醫學對可穿戴及植入式醫療設備（MDs）需求日益增長，但其依賴電池的現狀面臨諸多局限：植入式設備需侵入性更換電池、存在感染風險且受尺寸制約；可穿戴設備續航有限、體積笨重。傳統能源方案如熱能收集（人體溫差 ΔT?1 K）、光伏技術（依賴光照）、生物燃料電池（穩定性不足）均難以滿足需求。機械能量收集技術脫穎而出，其中壓電納米發電機（PENGs）和摩擦電納米發電機（TENGs）可高效轉化人體運動能量，為設備供電并直接用于生物醫學應用，如健康監測、神經刺激療法和傷口愈合。
壓電納米發電機（PENGs）
PENGs 基于壓電效應工作：當不對稱晶體材料受機械形變時，正負離子電荷中心偏移產生極化，從而輸出電能（圖 2A）。盡管高性能壓電設備多采用無機陶瓷（如鋯鈦酸鉛 PZT、鈦酸鋇 BTO），但其生物相容性問題促使研究轉向新型壓電材料，以適配可穿戴和植入式醫療場景。
用于醫療設備的壓電材料
隨著下一代醫療技術需求增長，利用壓電材料的醫療設備研究活躍�？纱┐骷爸踩胧皆O備可直接測量生理信號或提供電療，但傳統無機陶瓷的生物相容性限制其應用，開發兼具高效能量轉換與生物安全性的壓電材料成為關鍵。
用于醫療設備的摩擦電材料
可降解 TENGs 需求推動了可降解聚合物作為摩擦電層的研究。選擇材料時需平衡電輸出與降解速率，Meng 等人按來源和結構將可降解材料分為五類，對比其性能以適配體內環境。
傷口管理中促進愈合的電療
電刺激技術催生新型治療策略，自供電平臺無需外部電源即可實現刺激。研究表明，0.86 kV?m-1電場可模擬內源性電場促進傷口愈合，兼具無創性與操作簡便性，為創面修復提供新路徑。
神經再生與治療的神經刺激器
電刺激在促進神經再生和調節神經活動方面潛力顯著。3–5 V（20 Hz，100 μs 脈寬）刺激可促進細胞內鈣內流，加速神經修復�；� PENG 和 TENG 的自供電系統近年備受關注，為神經疾病治療提供可持續方案。
實時健康監測系統
個性化醫療推動健康監測技術發展，持續供電是實時采集生理數據的基礎�；隗w內生物力學運動的監測系統展現潛力，如 He 等人開發的含酒石酸鉀鈉（RS）復合壁隔微結構智能護膝，可通過機械能收集實現動態健康數據追蹤。
結論與展望
本綜述梳理了基于壓電和摩擦電材料的電療與健康監測技術進展，相關醫療設備應用范圍從長期監測拓展至短期治療。人工智能的融入提升了系統準確性與可靠性，未來隨著材料與技術創新，這類自供電系統有望在無創、高效的精準醫療中發揮更重要作用。
利益沖突聲明
作者聲明無已知可能影響研究的財務利益或個人關系。
致謝
本研究受韓國國家研究基金會（NRF）基礎科學研究計劃（2022R1A3B1078291, 2020R1A5A1019131）資助，由韓國政府（MSIT）支持。
