基于壓電的能量收集可以防止蛀牙

我一直對(duì)小型能量收集項(xiàng)目感興趣。畢竟，這似乎是一種幾乎理想的“物有所值”的安排。獲得合適的傳感器、電源管理 IC (PMIC)、儲(chǔ)能組件（可充電電池或超級(jí)電容器），當(dāng)我們需要為遠(yuǎn)程節(jié)點(diǎn)、物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備或其他低功耗設(shè)備供電時(shí)，一切就緒。當(dāng)然，也有風(fēng)能、太陽(yáng)能、地?zé)崮艿却笠?guī)模的收獲，但這些項(xiàng)目的規(guī)模非常不同，而小規(guī)模的收獲似乎更加個(gè)人化和非侵入性。

使用振動(dòng)、射頻、太陽(yáng)能/光、熱或其他環(huán)境源進(jìn)行采集時(shí)，需要考慮的合適功率范圍是多少？

對(duì)于有一個(gè)最佳點(diǎn)，從大約 1 微瓦到幾百微瓦，存在‘雙重影響’，即現(xiàn)有電源的消耗顯著減少，并提高了使用來(lái)自合理尺寸的收割機(jī)的環(huán)境能量的可行性。這可以顯著延長(zhǎng)電池壽命，在某些情況下甚至可以實(shí)現(xiàn)完全的電源自主。當(dāng)我們談?wù)撃芰渴占瘯r(shí)，我們固有地假設(shè)一件事：它總是涉及能量捕獲、轉(zhuǎn)換為電能、存儲(chǔ)以及最終用作電流和功率。 

但這并不一定是這樣，例如，可以讓小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組直接為機(jī)械聯(lián)動(dòng)裝置提供動(dòng)力，然后驅(qū)動(dòng)小型泵，但這種非電子方法通常是一個(gè)挑戰(zhàn)。然而，非常規(guī)的收獲思維可以為遠(yuǎn)離電子產(chǎn)品的問(wèn)題帶來(lái)一些迷人的潛在解決方案。 

考慮賓夕法尼亞大學(xué)牙科學(xué)院的一項(xiàng)研究工作，該研究使用嵌入鈦酸鋇 (BTO) 納米顆粒的圓盤(pán)和壓電效應(yīng)通過(guò)咀嚼產(chǎn)生電荷和能量，但具有非常不尋常的“負(fù)載”。他們制造了智能牙科植入物，并將它們暴露在變形鏈球菌中，變形鏈球菌是導(dǎo)致蛀牙（通常稱(chēng)為牙菌斑）的細(xì)菌生物膜的主要成分。他們發(fā)現(xiàn)，圓盤(pán)激發(fā)了對(duì)生物膜形成的抵抗力，而 BTO 濃度較高的圓盤(pán)更能防止生物膜結(jié)合。

定性地，該材料在表面產(chǎn)生增強(qiáng)的負(fù)電荷，排斥帶負(fù)電荷的細(xì)菌細(xì)胞壁， 。他們展示了對(duì)斑塊的有效抗生物膜特性，同時(shí)保留了它們的壓電和機(jī)械行為。這種抗粘附作用導(dǎo)致體外實(shí)驗(yàn)室設(shè)置中的菌落形成單位減少了大約 10 倍。他們還證實(shí)了 BTO 納米復(fù)合材料之間的粘附性降低以及使用原子力顯微鏡 (AFM) 的直接細(xì)胞與表面結(jié)合力數(shù)據(jù)。

這種基于壓電的能量收集的非常規(guī)使用的細(xì)節(jié)在他們發(fā)表在ACS Publications上的正式論文中，其標(biāo)題有些令人困惑，“具有生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用的抗菌膜和自供電功能的雙峰納米復(fù)合平臺(tái)”，令人驚訝的是，它從未使用明顯的術(shù)語(yǔ)“收集” ”或“壓電”。還有一些支持信息，詳細(xì)說(shuō)明了 BTO 圓盤(pán)的制造方式、薄膜的基礎(chǔ)化學(xué)和表面能物理特性以及其他結(jié)果。

我們是否一開(kāi)始認(rèn)為能量收集是解決電力項(xiàng)目問(wèn)題的好方法，但在列出或量化所有現(xiàn)實(shí)問(wèn)題時(shí)發(fā)現(xiàn)它不可行？我們是否見(jiàn)過(guò)任何不需要提供電流或驅(qū)動(dòng)電子電路的可行或有趣的能量收集情況？