植入式电子医疗器件/系统是一种对体内生理状况进行监测、调控以及诊断治疗的重要技术手段。随着过去数十年电子技术的不断发展与进步，植入式电子医疗器件的稳定性、小型化、低功耗等相关技术指标不断完善，为使用这些器件的患者带来了更大的便利。不能忽视的是，一些技术难点仍旧存在，其中一个巨大的挑战就是如何延长植入式电子医疗器件/系统的使用寿命。我们知道，目前大部分植入式医疗电子器件以锂电池作为供能器件，随着器件的使用，电能逐渐消耗;当电池能量达不到需求时，患者需重新进行手术更换器件。对此，全世界的研究人员一直在努力研究延长植入式医疗电子器件的使用寿命的方法，提出了诸多解决方案，包括提高电池容量、体外充电技术、生物燃料电池以及生物体内机械能量转化与收集技术等。　　纳米发电机被认为是目前最有应用前景的收集和转化微观机械能的装置之一。2006年，王中林教授首次基于具有压电效应的氧化锌纳米线提出了纳米发电机的概念，并成功将机械能转化为电能。该工作为微观能源获取领域开辟了一条全新的道路。2010年，基于单根氧化锌纳米线的纳米发电机被首次植入生物体内，用于收集生物体内机械运动（心跳，呼吸等）产生的生物机械能，同时提出了利用生物机械能驱动植入式医疗器件的设想。该工作开启了植入式纳米发电机研究的先河，极大推动了自驱动医疗系统的进步。然而，由于压电材料固有特点的制约，压电式纳米发电机的能量输出非常有限，限制了其在植入式能源方面的应用。　　2012年，利用摩擦起电和静电感应的原理研制的摩擦式纳米发电机(TENG)问世。相较于压电式纳米发电机，其输出功率显著提高，并且制备工艺更简单，造价更低;特别是TENG可以利用具有表面纳米微结构的高分子材料制备，其柔性和可任意剪裁性使得TENG易于根据植入部位进行结构和形貌进行设计。因此基于摩擦纳米发电机构建植入式自驱动医疗电子器件，是缓解目前植入式医疗器件的能源问题的非常有潜力的技术方法。我们基于TENG的新型能源转化与收集技术，开展了植入式摩擦纳米发电机(iTENG)以及压电/摩擦电复合型纳米发电机(PTNG)的研究工作。其具体研究要点如下:　　(1)研究制作了用于收集大鼠呼吸引起的胸廓变化和膈肌运动的生物机械能的植入式摩擦纳米发电机iTENG。其主体结构包括:经过表面修饰了微型金字塔的PDMS薄膜和经电化学腐蚀处理的铝箔的摩擦层;高分子柔性间隔层以及生物相容性良好的材料的封装层。封装后器件尺寸为1.2cm×1.2cm。其体外输出电压与电流为12V，0.25μA，植入在大鼠左胸皮下后输出典型值为3.72V，0.14μA。我们还设计制作了基于iTENG的自驱动心脏起搏器原型机。理论计算结果表明，大鼠呼吸5次产生的能量，可驱动心脏起搏器发出一次常规脉冲。　　(2)研究设计制作了用于大型哺乳类动物（猪）的iTENG。相较于用于大鼠的器件，该iTENG具有更大的尺寸，能用于转化和收集猪心跳的生物机械能量。为了进一步提高发电机的输出，改用更容易得电子的PTFE作为其中之一的摩擦层，并用ICP刻蚀的方法对PTFE表面进行处理，得到了纳米柱阵列。为了保证更好的密封性和生物相容性，我们采用了“核-壳-壳”多层封装技术对iTENG进行封装。体内输出电压和电流分别提高到了14V和5μA，与之前大鼠实验的输出相比，这两项指标分别提高了3.5倍和25倍。我们还进行了关胸缝合后的72小时长效测试，结果表明iTENG在体内依然运行良好。同时我们发现，iTENG输出信号的幅度与血压、频率与心率、包络与呼吸状况等，都有很强的关联性，表明iTENG也可以直接作为一种自驱动的传感器。我们将iTENG转化的能量收集起来，通过能量管理模块的控制，将其经无线传感系统发射与接收，在终端设备上显示采集的信号。这为今后设计制作基于iTENG的自驱动无线生理监测系统打下了基础。　　(3)研究制备了压电/摩擦电复合型纳米发电机。用BaTiO3纳米颗粒对PDMS进行混合掺杂，成膜之后对其进行高压电场下的极化，即形成用于制各压电/摩擦复合型纳米发电机PTNG的发电薄膜。测试结果表明，与未进行掺杂的TENG相比，PTNG的输出电压与电流分别从40V，0.5μA提升到了60V，1μA，最大输出功率密度可达97.41mW m-2，提高了近80％。考虑到电子设备之间的连接与兼容性等需求，我们基于对目前已有电子设备接头的分析研究，设计了未来用于纳米能源器件/系统的新型接头。其具备柔性、防水、高速信号传输及低的能量损耗等特点，有望成为将来纳米能源系统接头的参考标准。