毛细血管糖萼介导的仿生微血管中的流动电势

可植入医疗器械与生物传感器通过开辟疾病检测与治疗的新维度,在革新医疗技术领域的进程中至关重要。这些设备需要利用生物相容且生理上可持续的安全电源,而非依赖外部刺激,以克服其在体内适用性的限制。在此,通过借助生理相关微血管中电动学与流体动力学的相互作用,我们揭示了带电内皮糖萼层(EGL)在建立生理流体管道跨膜流动电势中的作用。我们通过采用代表血浆的牛顿流体模型与代表全血的粘弹性流体模型,考虑血液模拟流体的复杂流变学。我们将 EGL 建模为具有体积电荷分布的孔隙弹性层。我们的结果表明,对于生理相关微流动,诱导的流动电势通常为 0.1 V/mm 量级,这对于功率为微瓦至毫瓦量级的生物传感器与可植入医疗器械的供能可能相当可观。我们还揭示了相关生理参数对建立流动电势的具体影响,以期在合理功能限度内增强该电势。我们进一步揭示,流动电势对 EGL 厚度的依赖可能是解开血管生成模式之谜的关键方面之一。我们的结果可能为医学诊断中的新型生物传感与驱动提供可能,并可能为人体内生理安全且生物相容的电源开发提供可行替代方案。