2021年10月7日功能
同时声波能量传递和沟通在神经和心血管医学
植入式医疗设备包括心脏起搏器和脑起搏器越来越普遍,虽然手术更换电池是一个缺点长期功能和患者的健康。目前设备还大,刚性,与潜在的病人post-implantation不适。为了解决这个问题,彭金和一个研究小组在力学和电子产品在中国北京,开发了一种薄,battery-free和灵活的植入式无线充电系统通过超声波和沟通。结果自动确定异常的心跳和回应通过模拟心脏电演示设备的潜在新兴治疗方法。
医疗设备对权力转移
植入电子设备(IEE)在医学领域是至关重要的进行药物输送和生理参数监测为心脏和大脑起搏器。植入式葡萄糖传感器还可以提供准确的,实时血糖监测帮助糖尿病人。然而,IEE的应用电池的缺点。一个可能的解决方案是采用植入式使用内源性物质,如燃油系统葡萄糖产生电力通过电化学反应。电力无线传输方法可以通过组织。实现最优设置超过传统的无线电力传输和方法沟通,金等人发明了一种可植入的声能源传输和通信设备(AECD)。基于柔性电子技术设备是柔软,舒适,很好地适应人类的生理结构,作为一个可伸缩的超声波设备的超声波能量转移和有效的沟通。
构建AECD问题,科学家们采用了分形模式放在一个蛇形铜聚酰亚胺图案层,电路芯片组件之间的相互联系。研究人员封装在一个软的所有组件聚二甲硅氧烷(PDMS)层AECD柔软,灵活、适应在不改变它的功能。他们验证与重复机械测试装置的灵活性,减少损伤和炎症反应在人体植入。整个系统实现了通过超声波无线能量传输和无线通信。为了达到这个目标,团队整合五个模块和植入后,AECD超声换能器整流模块和接受超声波传播的能量管理模块电源控制单元。激活后,单位通过传感器收集生理信息传播的超声波,然后外部超声波系统收到恢复生理信息。例如,AECD充当一个植入式心脏监测装置通过超声波无线监测心脏的健康。
发展的过程
构建AECD,金等人用两步生产过程:首先,他们建立了电路,然后打包。研究人员还专门设计的外部energy-transmitting设备传输超声波和提供能量声波能量转移和通讯设备(AECD)。AECD制造的整个过程包括一个三步的过程。下一个外部energy-transmitting设备(EETE)开发过程由一组超声波传感器和完成的植入装置成一个灵活的基础。金等人创造了超声阵列使用超薄,灵活,印刷电路使用一个相同的挠性印制电路技术生产。
无线能量传输
研究人员实现无线电力传输通过声学方法,将机械转换为电能。为了实现这一点,他们传播超声波体外AECD接收器,然后AECD超声波接受了超声波和体内将它转换为电能。然后AECD能源管理整个内部电子系统提供能量。科学家们使用许多小型传感器数组中以防止声散射高效的权力交接和发达集中对称弯曲设计超声波关注一个特定的点在中央线和植入硅胶制成的一个灵活的基础。然后他们开发了一种集中对称弯曲设计超声波关注特定点在中央线,放进一个灵活的基础由硅和使用声学仿真证实了该方法的可行性。
使用声波能量传递和交流工具(AECD),金等人传播的超声波实现ultrasound-based无线通信。在其工作状态,生物传感器获得的生理信息,然后调节到相应的脉冲信号的信息。同时,外部超声换能器接受了超声波并使它转化为电压信号。团队然后解调,恢复电压信号进行放大和过滤来恢复它通过电脑获得内部生理信息。此后他们促进无线声波通信使用一个特殊的信号调制和解调技术。团队进行实验来直接显示的功能AECD期间同时声波能量传递和沟通在生物环境中使用一块新鲜的肉和水加热装置来测量其固有的温度使用描述方法。
心脏起搏器实验和前景
多才多艺的植入式电子设备设备开发的这项工作运行在许多地区作为一个心脏起搏器和神经刺激器。作为概念,金等人进行了心脏起搏器实验兔动物模型。在实验期间,他们植入皮下组织内的AECD兔胸部和记录的心电图(ECG)和监控心跳表明兔正常心律。该设备还表示其检测异常信号的能力。
这样,彭金和他的同事们开发了一种灵活的植入平台基于声学方法无线电力传输和无线通信。团队改进的声强度无线电力传输和显示高度一致的实验结果和声学模拟。他们改进的声能量转移和通信设备的灵活性(AECD)和体内动物实验显示它的作用作为一个心脏起搏器能够监控心跳状态。在心律不正常,设备以电刺激心脏急症治疗。该设备可以优化治疗和其他器官的功能正常化,如膀胱和纠正生理异常。
进一步探索
Dae-Hyeong金等,可溶解的电影蚕丝蛋白的超薄形bio-integrated电子、自然材料(2010)。DOI: 10.1038 / nmat2745
Chonghe王等,监测中心血压波形通过保形超声设备,自然生物医学工程(2018)。DOI: 10.1038 / s41551 - 018 - 0287 - x
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