A biohybrid mesh harvester for distributed energy harvesting in living tissues.

چکیده اصلی

Harnessing bio-origin resources for energy conversion offers a promising pathway toward energy sustainability matched to biosystems, addressing a fundamental limitation in powering bio-integrated electronics. However, existing approaches by integrating harvesters onto continuous substrates follow a "centralized" paradigm that differs markedly from the inherently distributed energy conversion found in living tissues, limiting both biocompatibility and scalability. We demonstrate a distributed harvesting strategy by integrating individual harvesting units within a mesh network that closely mimics the structural and mechanical properties of biological tissues. This architecture enables seamless embedding within in vitro cardiac tissue to form a bio-hybridization with cellular-scale intimacy across both device and substrate, transcending conventional approaches limited to a surface contact. This strategy achieves effective energy density more than an order of magnitude higher than that of existing approaches based on the centralized paradigm. While the concept is currently demonstrated in an in vitro cardiac system for converting biomechanical energy, the approach can provide a generalizable framework for integrating diverse energy-harvesting modalities and offers a pathway toward in vivo biohybrid systems.

ترجمه فارسی چکیده

استفاده از منابع بیولوژیک برای تبدیل انرژی، مسیری امیدوارکننده برای پایداری انرژی و توانمندسازی الکترونیک‌های یکپارچه با بافت است. با این حال، رویکردهای موجود که هارvesterها را روی زیرلایه‌های پیوسته ادغام می‌کنند، بر اساس یک «مرکزی» عمل می‌کنند که با تبدیل انرژی توزیع‌شده در بافت‌های زنده متفاوت است و محدودیت‌هایی در زیست‌همگنی و مقیاس‌پذیری ایجاد می‌کند. این مطالعه استراتژی استخراج توزیع‌شده را با ادغام واحدهای استخراج انرژی در یک شبکه‌ی شطرنجی نشان می‌دهد که خواص ساختاری و مکانیکی بافت‌های زیستی را شبیه‌سازی می‌کند. این معماری امکان ادغام بدون دردسر در بافت قلبی in vitro را فراهم می‌کند و یک هم‌زیستی بیوهیبریدی با دقت سلولی ایجاد می‌نماید. این استراتژی چگالی انرژی مؤثر بیش از یک ده برابر نسبت به رویکردهای موجود بر پایه‌ی پارادایم مرکزی به دست می‌آورد. اگرچه این مفهوم در حال حاضر در یک سیستم قلبی in vitro برای تبدیل انرژی مکانیکی بیولوژیک نشان داده شده است، این رویکرد می‌تواند چارچوبی عمومی برای ادغام روش‌های مختلف استخراج انرژی و مسیری را برای سیستم‌های بیوهیبریدی in vivo ارائه دهد.

متن کامل اصلی