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皮下太阳能电池可以发电起搏器

2017年1月27日
一项新的研究为用太阳能电池为医疗植入物供电的潜力提供了真实的数据。

起搏器是植入腹部或胸部区域以控制异常心律的装置。它利用电脉冲来帮助心肌保持适当的节奏和心率。大多数起搏器通常都有一个主要电池供电,当它耗尽时需要更换。由于电池耗尽导致的植入物更换可以占心脏起搏器植入的约25%。

除了这些替代物的费用外,还存在并发症的风险,并给病人增加压力。有几种方法已经被用来用可充电的电池代替一次电池。

多年来,心脏起搏器使用了各种各样的电源,其中包括一种使用钚-238的放射性材料电源。另一种方法是感应转移,类似于给智能手机电池充电。其他一些技术已经利用心脏运动来获取能量为起搏器提供动力。这些方法都存在问题,限制了它们的商业用途。此外,这些解决方案中的一些会受到手机信号或核磁共振成像程序的影响。

1.测量装置被示出在上臂上固定。(图片礼貌卢卡斯机会)。

瑞士研究人员提出的一种新方法涉及使用放置在皮肤下的太阳能电池供电电子植入物。瑞士的研究人员发现,3.6平方厘米的太阳能电池都是在冬季和夏季产生足够的电力,以便为典型的起搏器提供足够的电力。

据领先作者卢塞纳大学医院和瑞士伯尔尼大学的卢卡斯机会,佩戴发电太阳能电池皮肤将有一天拯救患者不得不连续接受程序来改变这种救生设备的电池。调查结果载于斯普林克杂志生物医学工程年鉴

文章解释说:“作为一种有前途的替代能源,环境阳光可以被利用。”“阳光是一种可靠且无处不在的能量来源,环境中的一部分光线会穿透人体皮肤。特别是近红外光具有良好的皮肤渗透性。因此,植入物在被照射后,被植入皮肤下,穿透的光可以通过太阳能电池转换成电能。”

各种研究组提出了可以在皮肤下携带的小型电子太阳能电池的原型,并可用于充电医疗器械。太阳能电池将光从太阳转换为渗透皮肤表面的能量。

为了调查这种皮下植入的太阳能电池的现实生活可行性,给电力电子植入物,收发者和他的同事开发了专门设计的太阳能测量装置(图1)这可以测量生成的输出功率。细胞的尺寸仅为3.6平方厘米,使它们足够小,以便在需要时植入。对于测试,光学过滤器覆盖了10个设备中的每一个,以模拟皮肤的性质如何影响太阳渗透皮肤的程度。在夏季,秋季和冬季,瑞士32名志愿者的手臂上穿着。

2.这个测量设备的框图显示了环境光(1),它被模拟人类皮肤光学特性的光学滤光器(2)衰减。减光(3)之中的太阳能电池(4),这是连接到一个最大功率点跟踪器(7)。太阳能电池的输出功率是由电流和电压测量电路监控(5、6)。一个微控制器(8)控制测量和存储数据到记忆卡(9)。

太阳能测量设备框图所示图2使用存储卡存储电压/电流值以及日期和时间。这个设备有一个可充电的电池,允许连续测量超过两周。

无论什么季节,一直发现微小的细胞产生多于5到10微米的功率,即典型的心脏起搏器使用。具有最低功率输出的参与者平均仍获得12微米。

Bereuter指出:“获得的总平均功率足以完全为起搏器供电,或者至少可以延长任何其他主动植入物的寿命。”“通过使用太阳能电池等能量收集设备来为植入物提供能量,可以避免设备更换,而且设备的尺寸可能会大幅减小。”

妨碍了这项研究的结果可以扩大并应用于任何其他移动,太阳能应用的人类。必须考虑诸如太阳能电池的集水区,其效率和患者皮肤的厚度的方面。

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