综述：迈向自主医疗：生物医学能量收集与可穿戴传感系统全面评述

这篇综述系统阐述了自供电医疗技术的最新进展，重点探讨了将生物医学能量收集（BEH）与自主传感系统（ASS）整合的创新方案。通过分析摩擦电（TENGs）、压电（如PLLA）、热电及生化能量转换机制，结合人工智能（AI）/机器学习（ML）驱动的智能材料设计，为构建可持续的医疗物联网（IoMT）提供了跨学科解决方案。

　　

生物能量收集机制

人体作为天然的能量宝库，蕴藏着机械能、热能和生化能等多种能量形式。摩擦电纳米发电机（TENGs）通过皮肤接触分离产生电能，其瞬时功率密度可达3.7 mW/cm²；压电材料如聚左旋乳酸（PLLA）能捕获心跳和呼吸的机械振动；而植入式生物燃料电池（BFCs）则利用葡萄糖氧化还原反应产生持续微瓦级电流。最新研究显示，混合型能量收集系统（如摩擦电-热电协同）可将能量转换效率提升至68%。

先进材料与器件工程

智能聚合物是这场革命的核心：具有压电性的聚偏氟乙烯（PVDF）纳米纤维可拉伸至200%应变，而水凝胶基 triboelectric 材料展现出>85%的生物相容性。二维材料如二硫化钼（MoS₂）通过缺陷工程实现电荷密度倍增，生物金属有机框架（bio-MOFs）则兼具高比表面积和酶固定化功能。3D/4D打印技术制造的仿生结构器件，其曲率半径可匹配人体器官表面。

生物医学系统整合应用

在心血管监测领域，自供电贴片能同步采集心电图（ECG）和机械搏动信号；糖尿病管理中，汗液激活的微针阵列实现无创血糖检测；神经接口器件通过压电薄膜将脑脊液脉动转化为刺激电流。值得注意的是，某原型器件已实现72小时连续癫痫预警，仅依靠膝关节运动供能。

性能优化与系统自治

功率管理集成电路（PMIC）是关键突破点：自适应占空比调节算法使系统功耗降至15 μW，而基于深度学习的能量分配策略可预测用户活动模式。某案例中，集成超级电容器与微型光伏的混合储能系统，在室内光照下维持脉搏血氧仪运行达两周。

现存挑战与未来方向

长期植入面临生物污染导致的效率衰减（3个月下降40%），而动态运动引起的信号漂移仍需机器学习补偿。FDA对可降解电子器件的认证标准尚待完善，特别是涉及纳米颗粒迁移的评估。下一代研究将聚焦于仿生自修复材料和体内无线能量传输网络的建设。

这场由材料科学、电子工程和临床医学共同推动的变革，正在重新定义"永不断电"的医疗新时代。从智能绷带到人工胰腺，自主医疗系统终将模糊治疗与预防的界限。