心臟發(fā)電系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種心臟發(fā)電系統(tǒng)，屬于醫(yī)療器械領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著醫(yī)學(xué)技術(shù)的發(fā)展，越來越多的疾病可以通過體內(nèi)植入式的醫(yī)學(xué)電子設(shè)備進(jìn)行治療。然而截止目前，投入臨床應(yīng)用的醫(yī)學(xué)電子設(shè)備都需要電池作為電能的來源。對于體內(nèi)植入式的醫(yī)學(xué)電子設(shè)備而言，一旦電池能量耗竭，就需要通過外科手術(shù)的方式更換電池。這既會給患者造成生理和精神上的痛苦，也會增加患者及其家庭的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)。
[0003]在人體內(nèi)部，心臟的收縮運動和血液的流動都具有穩(wěn)定和不間斷的動能。如果能夠采集其中一小部分動能并轉(zhuǎn)化為電能，將有望為各種植入式電子設(shè)備供電。
[0004]然而，由于心臟是人體的“發(fā)動機(jī)”，不恰當(dāng)?shù)牟杉呐K動能必然會影響心臟的功能，甚至導(dǎo)致心臟損傷。此外，傳統(tǒng)的基于法拉第定律的電磁感應(yīng)式發(fā)電機(jī)體積較大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，不適合體內(nèi)植入。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為解決上述問題，本發(fā)明提供一種植入生物體內(nèi)的心臟發(fā)電系統(tǒng)，用于為植入式電子設(shè)備供電，其特征在于，包括:發(fā)電主體、調(diào)節(jié)端、輸出部以及封裝層。
[0006]其中，發(fā)電主體通過采集主動脈的擴(kuò)張時所產(chǎn)生的機(jī)械能而間接利用心臟搏動產(chǎn)生的能量，并將其轉(zhuǎn)化為電能。發(fā)電主體為多層薄膜結(jié)構(gòu)，包括位于中心層的壓電材料層，以及分別位于壓電材料層兩側(cè)的第一電極層和第二電極層。封裝層覆蓋于發(fā)電主體、調(diào)節(jié)端以及輸出部的表面，以生物相容性好的柔性高分子絕緣材料作為封裝材料。調(diào)節(jié)端位于發(fā)電主體的兩端，用于調(diào)節(jié)發(fā)電主體的長度。輸出部用于將電能輸送給植入式電子設(shè)備。
[0007]另外，本發(fā)明的心臟發(fā)電系統(tǒng)還可以具有這樣的特征:其中，壓電材料層含有納米級壓電材料，納米級壓電材料為壓電晶體、壓電陶瓷和有機(jī)壓電聚合物中的任意一種。
[0008]另外，本發(fā)明的心臟發(fā)電系統(tǒng)還可以具有這樣的特征:其中，壓電晶體、壓電陶瓷、有機(jī)壓電聚合物為納米線陣列的單層或多層結(jié)構(gòu)。
[0009]另外，本發(fā)明的心臟發(fā)電系統(tǒng)還可以具有這樣的特征:包括電能存儲部，用于存儲來自輸出部的電能。
[0010]另外，本發(fā)明的心臟發(fā)電系統(tǒng)還可以具有這樣的特征:其中，電能存儲部為微型可充電電池或電容。
[0011]另外，本發(fā)明的心臟發(fā)電系統(tǒng)還可以具有這樣的特征:其中，輸出部包括整流電路和輸出電極，整流電路連接于電能存儲部和輸出電極之間。
[0012]另外，本發(fā)明的心臟發(fā)電系統(tǒng)還可以具有這樣的特征:其中，調(diào)節(jié)端的固定方式為手術(shù)縫合、鈦夾鉗合以及粘合劑粘合中的任意一種。
[0013]另外，本發(fā)明的心臟發(fā)電系統(tǒng)還可以具有這樣的特征:其中，調(diào)節(jié)端的一端為單排的卡齒，該卡齒的尖端平滑且面向發(fā)電主體的外側(cè)，調(diào)節(jié)端的另一端為卡槽，卡槽的內(nèi)部一側(cè)具有與卡齒相配合的齒槽，另一側(cè)為平面，卡齒與卡槽相卡合。
[0014]另外，本發(fā)明的心臟發(fā)電系統(tǒng)還可以具有這樣的特征:其中，植入式電子裝置為心臟起搏器、心臟復(fù)律除顫器、腦起搏器、喉起搏器、膀胱起搏器、電子耳蝸、電子視網(wǎng)膜、胰島素泵、血糖監(jiān)測儀中的任意一種或幾種。
[0015]另外，本發(fā)明的心臟發(fā)電系統(tǒng)還可以具有這樣的特征:其中，心臟發(fā)電系統(tǒng)對主動脈的壓力小于140mmHg。
[0016]發(fā)明作用與效果
[0017]本發(fā)明的心臟發(fā)電系統(tǒng)通過采集主動脈擴(kuò)張時所產(chǎn)生的機(jī)械能而間接利用心臟搏動產(chǎn)生的能量，并將其轉(zhuǎn)化為電能。
[0018]由于本發(fā)明采用納米級壓電材料作為發(fā)電主體,不僅可以有效地將生物體內(nèi)的能量轉(zhuǎn)化為電能，而且體積微小，更適合體內(nèi)植入。
[0019]由于心臟搏動能夠產(chǎn)生穩(wěn)定和不間斷的能量，因此在植入本發(fā)電系統(tǒng)后，只要心臟跳動即可持續(xù)產(chǎn)生電能，從而實現(xiàn)對植入式電子設(shè)備的持續(xù)供電，免去了使用電池作為電源的必要，解決了電池能量耗竭后需要手術(shù)更換電池的問題。
[0020]由于本發(fā)明采用了柔軟的環(huán)形結(jié)構(gòu)包繞于主動脈的外壁，且能夠定量控制本系統(tǒng)對主動脈的壓力，因此既可以高效、充分的采集主動脈擴(kuò)張時所產(chǎn)生的機(jī)械能，又不會對心臟功能產(chǎn)生明顯影響。
[0021]此外，由于本發(fā)明采用生物相容性好的柔性高分子絕緣材料封裝，因此既能將發(fā)電系統(tǒng)與體內(nèi)環(huán)境隔離，還可將主動脈壁形變產(chǎn)生的壓力有效的傳導(dǎo)至壓電材料。
[0022]此外，利用發(fā)電主體兩端的調(diào)節(jié)端可調(diào)整心臟發(fā)電系統(tǒng)包繞主動脈的緊張度，從而可調(diào)節(jié)壓電材料的形變程度及輸出電量。又由于調(diào)節(jié)端內(nèi)不含壓電材料及電極層，因此使用手術(shù)縫線或鈦夾固定時不會損壞心臟發(fā)電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。
[0023]并且，由于本發(fā)明的心臟發(fā)電系統(tǒng)位于主動脈外部，不與血液直接接觸，因而不存在血栓形成以及中風(fēng)(心肌梗塞或腦梗塞)的風(fēng)險。
【附圖說明】
[0024]圖1是本發(fā)明實施例一的心臟發(fā)電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0025]圖2是本發(fā)明實施例一的心臟發(fā)電系統(tǒng)的截面圖；
[0026]圖3是圖2中實施例一的心臟發(fā)電系統(tǒng)A區(qū)域的局部放大圖；
[0027]圖4是本發(fā)明實施例一的心臟發(fā)電系統(tǒng)的使用狀態(tài)示意圖；
[0028]圖5是本發(fā)明實施例一的心臟發(fā)電系統(tǒng)包繞主動脈的截面圖；
[0029]圖6是本發(fā)明實施例四的心臟發(fā)電系統(tǒng)的調(diào)節(jié)端為卡齒結(jié)構(gòu)的示意圖；
[0030]圖7是本發(fā)明實施例一的電路圖。
【具體實施方式】
[0031]以下結(jié)合【附圖說明】本發(fā)明的【具體實施方式】:
[0032]<實施例一 >
[0033]圖1是本發(fā)明的心臟發(fā)電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖，圖2是本發(fā)明的心臟發(fā)電系統(tǒng)的截面圖，圖3是圖2中的心臟發(fā)電系統(tǒng)A區(qū)域的局部放大圖。如圖1、圖2和圖3所示，心臟發(fā)電系統(tǒng)10包括發(fā)電主體11，調(diào)節(jié)端12和輸出電極13。其中，發(fā)電主體11為多層薄膜結(jié)構(gòu)，包括位于主體中心層的壓電材料層14，以及分別位于壓電材料層14兩側(cè)的第一電極層15和第二電極層16。封裝層17為具有生物相容性的柔性高分子絕緣材料，覆蓋于發(fā)電主體11以及輸出電極13的表面，封裝層17向發(fā)電主體11的外側(cè)延伸形成兩側(cè)各一個調(diào)節(jié)端12。
[0034]位于發(fā)電主體中心層的壓電材料層14，通過大規(guī)模的并聯(lián)設(shè)計，可以將壓電材料納米線單體的電壓疊加，從而進(jìn)一步提高輸出電壓。第一電極層15和第二電極層16采用金或銀等導(dǎo)電率高的薄層材料制成，與壓電材料層14相連接。
[0035]發(fā)電主體11在自然狀態(tài)下為彎曲的環(huán)狀結(jié)構(gòu)，且其薄膜結(jié)構(gòu)具有良好的彈性，因此能夠柔順的包繞主動脈。
[0036