基于压电的能量收集可以防止蛀牙

我一直对小型能量收集项目感兴趣。毕竟，这似乎是一种几乎理想的“物有所值”的安排。获得合适的传感器、电源管理 IC (PMIC)、储能组件（可充电电池或超级电容器），当我们需要为远程节点、物联网设备或其他低功耗设备供电时，一切就绪。当然，也有风能、太阳能、地热能等大规模的收获，但这些项目的规模非常不同，而小规模的收获似乎更加个人化和非侵入性。

使用振动、射频、太阳能/光、热或其他环境源进行采集时，需要考虑的合适功率范围是多少？

对于有一个最佳点，从大约 1 微瓦到几百微瓦，存在‘双重影响’，即现有电源的消耗显着减少，并提高了使用来自合理尺寸的收割机的环境能量的可行性。这可以显着延长电池寿命，在某些情况下甚至可以实现完全的电源自主。当我们谈论能量收集时，我们固有地假设一件事：它总是涉及能量捕获、转换为电能、存储以及最终用作电流和功率。 

但这并不一定是这样，例如，可以让小型风力发电机组直接为机械联动装置提供动力，然后驱动小型泵，但这种非电子方法通常是一个挑战。然而，非常规的收获思维可以为远离电子产品的问题带来一些迷人的潜在解决方案。 

考虑宾夕法尼亚大学牙科学院的一项研究工作，该研究使用嵌入钛酸钡 (BTO) 纳米颗粒的圆盘和压电效应通过咀嚼产生电荷和能量，但具有非常不寻常的“负载”。他们制造了智能牙科植入物，并将它们暴露在变形链球菌中，变形链球菌是导致蛀牙（通常称为牙菌斑）的细菌生物膜的主要成分。他们发现，圆盘激发了对生物膜形成的抵抗力，而 BTO 浓度较高的圆盘更能防止生物膜结合。

定性地，该材料在表面产生增强的负电荷，排斥带负电荷的细菌细胞壁， 。他们展示了对斑块的有效抗生物膜特性，同时保留了它们的压电和机械行为。这种抗粘附作用导致体外实验室设置中的菌落形成单位减少了大约 10 倍。他们还证实了 BTO 纳米复合材料之间的粘附性降低以及使用原子力显微镜 (AFM) 的直接细胞与表面结合力数据。

这种基于压电的能量收集的非常规使用的细节在他们发表在ACS Publications上的正式论文中，其标题有些令人困惑，“具有生物医学应用的抗菌膜和自供电功能的双峰纳米复合平台”，令人惊讶的是，它从未使用明显的术语“收集” ”或“压电”。还有一些支持信息，详细说明了 BTO 圆盘的制造方式、薄膜的基础化学和表面能物理特性以及其他结果。

我们是否一开始认为能量收集是解决电力项目问题的好方法，但在列出或量化所有现实问题时发现它不可行？我们是否见过任何不需要提供电流或驱动电子电路的可行或有趣的能量收集情况？