心臟納米發(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]隨著人類對各種疾病的認(rèn)識不斷深入，越來越多的疾病已經(jīng)可以采用植入式電子裝置進行診斷或治療。然而，植入人體內(nèi)的電子設(shè)備均需要使用電池供電，一旦電池能量耗竭，就需要通過手術(shù)的方式更換電池，這既會給患者造成生理上的痛苦以及心理上的恐懼和焦慮，還會增加患者及其家庭的經(jīng)濟負(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大量的能量。這部分能量具有穩(wěn)定和不間斷的特點。如果能夠采集其中一小部分能量并轉(zhuǎn)化為電能，將有望為各種植入式醫(yī)學(xué)電子裝置供電。
[0004]然而，由于心臟是人體的“發(fā)動機”，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。傳統(tǒng)的基于法拉第定律的電磁感應(yīng)式發(fā)電機體積較大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，因而不適合體內(nèi)植入。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為解決上述問題，本發(fā)明提供一種心臟納米發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，包括:發(fā)電主體，輸出部，固定部以及封裝層。其中，發(fā)電主體為多層薄膜結(jié)構(gòu)，包括位于發(fā)電主體中心的壓電材料層，以及位于壓電材料層兩側(cè)的電極層，發(fā)電主體通過貼附于心臟表面以采集心臟能量用于產(chǎn)生電能。輸出部與電極層相連接，用于將發(fā)電主體產(chǎn)生的電流輸出。固定部位于發(fā)電主體的邊緣，用于將發(fā)電主體固定于心外膜。封裝層覆蓋于發(fā)電主體、輸出部以及固定部的表面。
[0006]另外，在本發(fā)明的心臟納米發(fā)電系統(tǒng)中，還可以具有這樣的特征:其中，發(fā)電主體的形狀為四邊形，固定部位于四邊形的兩條窄邊的中間。
[0007]另外，在本發(fā)明的心臟納米發(fā)電系統(tǒng)中，還可以具有這樣的特征:其中，發(fā)電主體的形狀為三角形，固定部位于三角形的三個頂點。
[0008]另外，在本發(fā)明的心臟納米發(fā)電系統(tǒng)中，還可以具有這樣的特征:其中，發(fā)電主體的形狀為長圓形。
[0009]另外，在本發(fā)明的心臟納米發(fā)電系統(tǒng)中，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、壓電陶瓷和有機壓電聚合物中的任意一種。
[0010]另外，在本發(fā)明的心臟納米發(fā)電系統(tǒng)中，還可以具有這樣的特征:其中，壓電晶體為至少一層氧化鋅納米線陣列。
[0011]另外，在本發(fā)明的心臟納米發(fā)電系統(tǒng)中，還可以具有這樣的特征:其中，壓電晶體、壓電陶瓷、有機壓電聚合物可以為納米級壓電材料的單層或多層結(jié)構(gòu)。
[0012]另外，在本發(fā)明的心臟納米發(fā)電系統(tǒng)中，還可以具有這樣的特征:植入式心臟發(fā)電系統(tǒng)用于對心臟起搏器、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進行供電。
[0013]另外，在本發(fā)明的心臟納米發(fā)電系統(tǒng)中，還可以具有這樣的特征:其中，輸出部具有輸出電極和整流濾波電路。
[0014]另外，在本發(fā)明的心臟納米發(fā)電系統(tǒng)中，還可以具有這樣的特征:其中，所述封裝層以生物相容性好的柔性高分子絕緣材料作為封裝材料。
[0015]發(fā)明的作用與效果
[0016]由于本發(fā)明采集心臟跳動的能量進行發(fā)電，因此只要心臟跳動，就可以持續(xù)產(chǎn)生電能，因此能夠終生為植入人體的電子設(shè)備提供電能，避免了手術(shù)更換電池的必要。
[0017]根據(jù)本發(fā)明的心臟發(fā)電系統(tǒng)，由于壓電材料層的發(fā)電主體直接貼附于心臟表面，因此能夠有效的將心臟的收縮與舒張使納米壓電材料發(fā)生形變，從而轉(zhuǎn)化為電能。
[0018]本發(fā)明利用納米水平的壓電材料不僅能夠產(chǎn)生電能，而且其體積微小，適合體內(nèi)植入。
[0019]另外，由于本發(fā)明的心臟發(fā)電系統(tǒng)采用點固定的方式將發(fā)電系統(tǒng)固定于心外膜，一方面能夠有效的采集心臟運動產(chǎn)生的能量，另一方面也不會對心臟的收縮和舒張運動產(chǎn)生明顯的影響。
【附圖說明】
[0020]圖1是本發(fā)明實施例一的心臟納米發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電主體為四邊形的示意圖，
[0021]圖2是本發(fā)明實施例一的心臟納米發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電主體的局部截面圖；以及
[0022]圖3是本發(fā)明實施例二的心臟納米發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電主體為三角形的示意圖。
[0023]圖4是本發(fā)明變形例中發(fā)電主體的形狀示意圖；以及
[0024]圖5是本發(fā)明實施例一的電路圖。
【具體實施方式】
[0025]以下結(jié)合附圖來說明本發(fā)明的【具體實施方式】，
[0026]<實施例一 >
[0027]圖1是實施例1中心臟納米發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電主體為四邊形的示意圖，如圖1所示，在心臟納米發(fā)電系統(tǒng)20中，發(fā)電主體21為矩形、多層薄膜結(jié)構(gòu)，圖2是本發(fā)明實施例的心臟納米發(fā)電系統(tǒng)的截面圖，如圖2所示，發(fā)電主體的中心層為壓電材料層31，壓電材料層31由ZnO納米線陣列組成，壓電材料層31的兩側(cè)分別為電極層32和電極層33，電極層32和電極層33分別與輸出電極14相連接。封裝層34位于電極層32和電極層33的外側(cè)。整個心臟納米發(fā)電系統(tǒng)11的表面均覆蓋有一層絕緣的封裝層34，封裝層34具有良好的絕緣性和生物相容性。固定部22位于矩形的兩條窄邊的中間，通過固定部22將發(fā)電主體21固定于心臟的外壁。固定部22由封裝層構(gòu)成，固定部22的內(nèi)部沒有壓電材料與電極材料，因此在縫合固定的時候不會損傷發(fā)電主體21內(nèi)部的發(fā)電元件。除固定部之外，發(fā)電主體的其余部分并不固定，以利于發(fā)電主體在心臟收縮的過程中更好的發(fā)生形變。由于發(fā)電主體采用了矩形，并且安裝方向與心臟收縮的方向一致，因此可以很好的采集心臟收縮產(chǎn)生的機械能。
[0028]植入時通過外科手術(shù)的方式顯露出心臟，將發(fā)電主體沿著心臟收縮的方向設(shè)置并將固定部縫合在心外膜上，使得發(fā)電主體與心外膜相貼合，此時發(fā)電主體會隨著心臟的跳動產(chǎn)生形變。
[0029]圖5是本發(fā)明實施例的電路圖，如圖5所示，發(fā)電主體21與整流濾波電路15相連接，發(fā)電主體21產(chǎn)生的電能經(jīng)過整流濾波電路15后對電能存儲單元16進行充電，電能存儲單元16可用于為多種植入式電子設(shè)備即用電器進行供電。
[0030]<實施例二 >
[0031 ] 圖3是本發(fā)明實施例的三角形的心臟納米發(fā)電系統(tǒng)示意圖，如圖3所示，本發(fā)明的心臟納米發(fā)電系統(tǒng)11的發(fā)電主體12為三角形，三角形的每個頂點位置均具有一個固定部13，輸出電極14與電極層相連接，整流濾波電路15與輸出電極14相連接，電能存儲部16連接于整流濾波電路15之后用于存儲發(fā)電部產(chǎn)生的電能。
[0032]圖2是本發(fā)明實施例的心臟納米發(fā)電系統(tǒng)的截面圖，如圖2所示，發(fā)電主體的中心層為壓電材料層31，壓電材料層31由ZnO納米線陣列組成，壓電材料層31的兩側(cè)分別為電極層32和電極層33，電極層32和電極層33分別與輸出電極14相連接。封裝層34位于電極層電極層32和電極層33的外側(cè)。
[0033]如圖3所示，發(fā)電主體12的形狀為三角形，在將其安裝于心外膜上時，利用位于三角形三個頂點上的固定部13將發(fā)電主體12固定于心肌壁的心外膜上。而發(fā)電主體12的三角形的各個邊并不固定，既不會限制心臟的收縮和舒張，還有助于壓電材料層隨著心臟的運動發(fā)生形變從而產(chǎn)生電能。
[0034]發(fā)電主體12制作成三角形的優(yōu)點在于心臟跳動的過程中，不僅有橫向的收縮和舒張，也有縱向的收縮和舒張，因此當(dāng)采用三角形的形狀時，應(yīng)使得三角形的一個頂點向著心尖的方向，而另外兩個頂點基本與心臟橫向收縮的方向相平行。因此不論是心臟橫向收縮是縱向收縮，均能夠帶動發(fā)電主體變形。因此三角形的形狀比四邊形的形狀能夠更多的利用心臟跳動產(chǎn)生的能量。
[0035]固定部13由封裝層在相應(yīng)的位置延展而形成，固定部13的內(nèi)部不含有壓電材料和電極材料，因此可以避免在縫合時損傷壓電材料層和電極層。
[0036]<變形例>
[0037]本變形例與實施例一相比，除了發(fā)電主體的形狀為與矩形相似的長圓形以外，其它的設(shè)置均相同。如圖4所示，發(fā)電主體42的形狀為長圓形，在長圓形的兩個頂點處具有固定部41，發(fā)電主體42的形狀為長圓形的優(yōu)點在于沒有尖銳的邊角，有助于減輕對心臟的損傷。
[0038]當(dāng)然，本發(fā)明的心臟發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電主體的形狀可以為多種形狀，不僅限于上述兩個實施例中的三角形、四邊形和長圓形。
【主權(quán)項】
1.一種心臟納米發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，具有: 發(fā)電主體、輸出部、固定部以及封裝層， 其中，所述發(fā)電主體為多層薄膜結(jié)構(gòu)，包括位于所述發(fā)電主體中心的壓電材料層，以及位于壓電材料層兩側(cè)的電極層，所述發(fā)電主體通過貼附于心臟表面以采集心臟跳動的能量并轉(zhuǎn)化為電能， 所述輸出部與所述電極層相連接，用于將發(fā)電主體產(chǎn)生的電流輸出， 所述固定部位于所述發(fā)電主體的邊緣，用于將發(fā)電主體固定于心外膜， 所述封裝層覆蓋于所述發(fā)電主體、所述輸出部以及所述固定部的表面。
2.如權(quán)利要求1所述的心臟納米發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于: 其中，所述發(fā)電主體的形狀為四邊形，所述固定部位于四邊形的兩條窄邊的中間。
3.如權(quán)利要求1所述的心臟納米發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于: 其中，所述發(fā)電主體的形狀為三角形，所述固定部位于三角形的三個頂點。
4.如權(quán)利要求1所述的心臟納米發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于: 其中，所述發(fā)電主體的形狀為長圓形。
5.如權(quán)利要求1所述的心臟納米發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于: 其中，所述壓電材料層含有納米級壓電材料，所述納米級壓電材料為壓電晶體、壓電陶瓷和有機壓電聚合物中的任意一種。
6.如權(quán)利要求5所述的心臟納米發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于: 其中，所述壓電晶體、壓電陶瓷、有機壓電聚合物可以為納米級壓電材料的單層或多層結(jié)構(gòu)。
7.如權(quán)利要求1所述的心臟納米發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于: 其中，所述輸出部包括整流濾波電路和輸出電極，所述整流濾波電路連接于所述電能存儲部和所述輸出電極之間。
8.如權(quán)利要求1所述的心臟納米發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，還包括: 電能存儲部，與所述輸出部相連接，用于存儲來自所述輸出電極的電能。
9.如權(quán)利要求1所述的心臟納米發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于: 其中，所述封裝層以生物相容性好的柔性高分子絕緣材料作為封裝材料。
10.如權(quán)利要求1所述的心臟納米發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于: 所述植入式電子設(shè)備為心臟起搏器、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。
【專利摘要】本發(fā)明提供一種心臟納米發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，包括：發(fā)電主體，輸出部，固定部以及封裝層。其中，發(fā)電主體為多層薄膜結(jié)構(gòu)，包括位于發(fā)電主體中心的壓電材料層，以及位于壓電材料層兩側(cè)的電極層，發(fā)電主體通過貼附于心臟表面以采集心臟能量用于產(chǎn)生電能。輸出部與電極層相連接，用于將發(fā)電主體產(chǎn)生的電流輸出。固定部位于發(fā)電主體的邊緣，用于將發(fā)電主體固定于心外膜。封裝層覆蓋于發(fā)電主體、輸出部以及固定部的表面。本發(fā)明為植入式電子設(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。
【IPC分類】A61N1-02, H02N2-18
【公開號】CN104740759
【申請?zhí)枴緾N201310733106
【發(fā)明人】張 浩, 曲丹, 郎希龍, 徐志云
【申請人】中國人民解放軍第二軍醫(yī)大學(xué)
【公開日】2015年7月1日
【申請日】2013年12月26日