最近，中國科學院海洋研究所與中國科學院北京納米能源與系統研究所等單位合作，開發了自驅動海洋微生物腐蝕預警及防護技術。相關成果發表在《Advanced Energy Materials》（IF=29）、《Nano Energy》（IF=19）、《Advanced Functional Materials》（IF=19）等國際學術期刊上。
該技術不依賴外界電源輸入，可直接利用海洋環境能量等機械能實現對海洋環境典型腐蝕微生物的快速檢測及有效防護，可以為海洋工程、大型裝備的安全運行提供保障，也為我國海洋探索、開發、利用提供技術支持。
據估算，2021年我國因海洋腐蝕造成的經濟損失超過10000億元人民幣，其中，生物腐蝕占總海洋腐蝕損失的20%左右。海洋微生物腐蝕預警及防護技術開發對海洋工程運行來說至關重要。如何快速獲得環境微生物種類等信息，以及如何利用環境能量驅動微生物防護技術是亟待解決的問題。
研究團隊基于摩擦納米產電原理，優化設計了軟接觸式等多種摩擦納米發電機模型，可將人體、海洋環境的能量轉化電能。在此基礎上，將產生的電能作為傳感信號源，利用萬古霉素對微生物細胞壁的特異結合特性識別并捕獲微生物，利用胍基官能團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，實現快速地、特異性地檢測溶液中的微生物（圖1）。另外，通過結構設計與優化，提高了摩擦納米發電機的輸出電壓，獲得電能輸出效率遠超目前文獻報道的摩擦納米發電機模型，并將該技術與尖端擊穿放電、紫外殺菌技術結合，實現了自驅動高效新型滅菌技術開發（圖2）。
圖1. 摩擦納米發電機驅動的生物傳感系統的制備和檢測示意圖
圖2. 基于環境能量轉化的微生物腐蝕控制技術示意圖.
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.
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