The first application of an implanted triboelectric nanogenerator (iTENG) that enables harvesting energy from in vivo mechanical movement in breathing to directly drive a pacemaker is reported. The energy harvested by iTENG from animal breathing is stored in a capacitor and successfully drives a pacemaker prototype to regulate the heart rate of a rat. This research shows a feasible approach to scavenge biomechanical energy, and presents a crucial step forward for lifetime-implantable self-powered medical devices. As a service to our authors and readers, this journal provides supporting information supplied by the authors. Such materials are peer reviewed and may be re-organized for online delivery, but are not copy-edited or typeset. Technical support issues arising from supporting information (other than missing files) should be addressed to the authors. Please note: The publisher is not responsible for the content or functionality of any supporting information supplied by the authors. Any queries (other than missing content) should be directed to the corresponding author for the article.

Mechanical energy in vivo could be harvested by BD-TENG in a designed time frame.

Self-powered implantable medical electronic devices that harvest biomechanical energy from cardiac motion, respiratory movement and blood flow are part of a paradigm shift that is on the horizon. Here, we demonstrate a fully implanted symbiotic pacemaker based on an implantable triboelectric nanogenerator, which achieves energy harvesting and storage as well as cardiac pacing on a large-animal scale. The symbiotic pacemaker successfully corrects sinus arrhythmia and prevents deterioration. The open circuit voltage of an implantable triboelectric nanogenerator reaches up to 65.2 V. The energy harvested from each cardiac motion cycle is 0.495 μJ, which is higher than the required endocardial pacing threshold energy (0.377 μJ). Implantable triboelectric nanogenerators for implantable medical devices offer advantages of excellent output performance, high power density, and good durability, and are expected to find application in fields of treatment and diagnosis as in vivo symbiotic bioelectronics.

Abstract This study aimed to investigate the potentials of ex vivo expansion and pluridifferentiation of cryopreserved adult human bone marrow mesenchymal stem cells (hMSCs) into adipocytes and neurocytes. Cryopreserved hMSCs were resuscitated and cultured for 15 passages, and then induced to adipocytes and neurocytes with corresponding induction medium. The induced cells were observed for morphological properties and expression of triglyceride or neuron‐specific enolase and nestin was detected. The result showed that the resuscitated cells cultured in induction medium consisting of dexamethasone, 3‐isobutyl‐1‐methylxanthine, indomethacin and insulin‐like growth factor I (IGF‐I) showed adipogenesis, and lipid vacuole accumulation was detectable after 21 days. The resuscitated hMSCs were also induced into neurocytes and expressed nestin and neuron‐specific enolase (NSE), which are special surface markers associated with neural cells at different stages. This study suggested that resuscitated hMSCs should still be a population of pluripotential cells and should be accessible for establishing an abundant hMSC reservoir for further experiment and treatment of various clinical diseases.

Harvesting biomechanical energy in vivo is an important route in obtaining sustainable electric energy for powering implantable medical devices. Here, we demonstrate an innovative implantable triboelectric nanogenerator (iTENG) for in vivo biomechanical energy harvesting. Driven by the heartbeat of adult swine, the output voltage and the corresponding current were improved by factors of 3.5 and 25, respectively, compared with the reported in vivo output performance of biomechanical energy conversion devices. In addition, the in vivo evaluation of the iTENG was demonstrated for over 72 h of implantation, during which the iTENG generated electricity continuously in the active animal. Due to its excellent in vivo performance, a self-powered wireless transmission system was fabricated for real-time wireless cardiac monitoring. Given its outstanding in vivo output and stability, iTENG can be applied not only to power implantable medical devices but also possibly to fabricate a self-powered, wireless healthcare monitoring system.

Operation time of implantable electronic devices is largely constrained by the lifetime of batteries, which have to be replaced periodically by surgical procedures once exhausted, causing physical and mental suffering to patients and increasing healthcare costs. Besides the efficient scavenging of the mechanical energy of internal organs, this study proposes a self-powered, flexible, and one-stop implantable triboelectric active sensor (iTEAS) that can provide continuous monitoring of multiple physiological and pathological signs. As demonstrated in human-scale animals, the device can monitor heart rates, reaching an accuracy of ∼99%. Cardiac arrhythmias such as atrial fibrillation and ventricular premature contraction can be detected in real-time. Furthermore, a novel method of monitoring respiratory rates and phases is established by analyzing variations of the output peaks of the iTEAS. Blood pressure can be independently estimated and the velocity of blood flow calculated with the aid of a separate arterial pressure catheter. With the core–shell packaging strategy, monitoring functionality remains excellent during 72 h after closure of the chest. The in vivo biocompatibility of the device is examined after 2 weeks of implantation, proving suitability for practical use. As a multifunctional biomedical monitor that is exempt from needing an external power supply, the proposed iTEAS holds great potential in the future of the healthcare industry.

In recent years, all walks of life have begun to propose the construction of "smart cities". It is hoped that the construction of "smart cities" can promote the transformation and upgrading of urban development and make our cities prosperous and sustainable. In the future, urban construction is very likely to develop in the direction of intelligence and intelligence, and a scientific and effective understanding and objective evaluation of the development status of China's smart cities will be conducive to the planning and design of China's smart cities in the new era, formulate scientific construction policies, and strengthen the supervision and guidance of construction. At present, as far as China is concerned, the urbanization process is accelerating, the urbanization rate is increasing year by year, and the level of urbanization has increased significantly, and people are beginning to think about how to better combine technology and services to serve the people. Smart cities, as one of the concerns, may be able to better solve this kind of problem.

Abstract The aim is to address the limitations of conventional sliding mode control for PMSM, namely the problems of sliding mode oscillation, load disturbance, and poor control accuracy. An improved sliding mode control strategy for PMSM is proposed based on the novel convergence rate and extended state observer. Firstly, an integral sliding mode velocity loop controller is designed based on the novel convergence rate to solve the sliding mode vibration problem. The stability of the proposed control strategy is derived by the Lyapunov criterion. Secondly, an extended state observer capable of estimating the disturbance torque is designed for the purpose of disturbance compensation. The disturbance torque estimate is then used as a feed-forward signal for the sliding mode velocity loop controller. A fast second-order sliding mode controller is used for the current loop to avoid the potential introduction of noise and disturbances. The simulation results show that compared to alternative control strategies, the proposed control strategy enables the PMSM to respond effectively to start-up and load disturbances, significantly reduces the sliding mode jitter, and improves both the torque estimation accuracy and the system control accuracy.

Corneal injury is prevalent in ophthalmology, with mild cases impacting vision and severe cases potentially resulting in permanent blindness. In clinical practice, standard treatments for corneal injury involve transplantation surgery combined with pharmacological therapy. However, surgical sutures exhibit several limitations, which can be overcome using tissue adhesives. With recent advances in biomedical materials, the use of ophthalmic tissue adhesives has expanded beyond wound closure, including tissue filling and drug delivery. Furthermore, the use of tissue adhesives has demonstrated promising outcomes in drug delivery, ophthalmic disease diagnosis, and biological scaffolds. This study briefly introduces common adhesion mechanisms and their applications in ophthalmology, aiming to increase interest in tissue adhesives and clinical ophthalmic treatment.