植入式生物能血糖監(jiān)測儀的制作方法
【專利摘要】本實用新型提供一種植入式生物能血糖監(jiān)測儀，包括用于監(jiān)測血糖水平的傳感器、信號發(fā)射部、信號接收部以及發(fā)電部。其中，發(fā)電部包括發(fā)電主體、調(diào)節(jié)端、輸出電極、電能存儲單元以及封裝層。其中，發(fā)電主體用于包繞主動脈。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。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。輸出電極用于將電能輸送給電能存儲單元。電能存儲單元用于存儲電能并為血糖傳感器和信號發(fā)射部供電。封裝層覆蓋于發(fā)電主體、調(diào)節(jié)端以及輸出電極的表面。本實用新型的植入式生物能血糖監(jiān)測儀免去了使用電池作為電源的必要。
【專利說明】植入式生物能血糖監(jiān)測儀
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及一種植入式生物能血糖監(jiān)測儀，屬于醫(yī)療器械領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]糖尿病是中老年患者的常見病和多發(fā)病，作為一種終身性疾病，目前尚缺少徹底根治的治療手段?；颊咄ǔＰ枰ㄆ诔槿§o脈血以監(jiān)測血糖水平?？芍踩塍w內(nèi)的血糖監(jiān)測儀能夠?qū)崟r監(jiān)測組織的血糖濃度，不需要每次進(jìn)行有創(chuàng)性的抽血檢查。但是，無論何種類型的植入式血糖監(jiān)測儀，都需要使用可植入的微型電池提供電能。一旦電池能量耗竭，就需要再次手術(shù)更換電池。既會給患者造成生理上和精神上的痛苦，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血糖檢測儀提供電能。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。
實用新型內(nèi)容
[0004]為解決上述問題，本實用新型提供一種可植入體內(nèi)并間接利用心臟生物能供電的植入式血糖監(jiān)測儀，其特征在于，包括用于監(jiān)測血糖水平的傳感器、可無線傳輸監(jiān)測數(shù)據(jù)的信號發(fā)射部、位于體外的信號接收部以及發(fā)電部。其中，發(fā)電部包括發(fā)電主體、調(diào)節(jié)端、輸出電極、電能存儲單元以及封裝層。其中，發(fā)電主體用于包繞主動脈，以采集主動脈擴(kuò)張時所產(chǎn)生的機(jī)械能，并轉(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。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。輸出電極用于將電能輸送給電能存儲單元。電能存儲單元用于存儲電能并為血糖傳感器和信號發(fā)射部供電。封裝層覆蓋于發(fā)電主體、調(diào)節(jié)端以及輸出電極的表面。
[0005]另外，本實用新型的植入式生物能血糖監(jiān)測儀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。
[0006]另外，本實用新型的植入式生物能血糖監(jiān)測儀還可以具有這樣的特征:其中，壓電晶體、壓電陶瓷、有機(jī)壓電聚合物可以為納米級壓電材料的單層或多層結(jié)構(gòu)。
[0007]另外，本實用新型的植入式生物能血糖監(jiān)測儀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。
[0008]另外，本實用新型的植入式生物能血糖監(jiān)測儀還可以具有這樣的特征:還包括，整流濾波電路，連接于電能存儲單元和輸出電極之間。
[0009]另外，本實用新型的植入式生物能血糖監(jiān)測儀還可以具有這樣的特征:其中，調(diào)節(jié)端的固定方式使用手術(shù)線縫合、鈦夾鉗夾或粘合劑粘合中的任意一種。
[0010]另外，本實用新型的植入式生物能血糖監(jiān)測儀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。
[0011]另外，本實用新型的植入式生物能血糖監(jiān)測儀還可以具有這樣的特征:其中，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。
[0012]另外，本實用新型的植入式生物能血糖監(jiān)測儀還可以具有這樣的特征:發(fā)電部對主動脈的壓力小于140mmHg。
[0013]實用新型作用與效果
[0014]本實用新型的植入式生物能血糖監(jiān)測儀，通過植入納米級壓電材料以采集主動脈擴(kuò)張時所產(chǎn)生的能量并轉(zhuǎn)化為電能，作為其能量來源。因此只要心臟跳動，本實用新型即可利用患者自身的生物能提供電能，免去了使用電池作為電源的必要，解決了電池能量耗竭后通過手術(shù)更換電池的問題。
[0015]由于本實用新型采用納米級壓電材料作為發(fā)電主體，不僅可以有效地將體內(nèi)的生物能轉(zhuǎn)化為電能，而且體積微小，更適合體內(nèi)植入。
[0016]由于本實用新型采用了柔軟的環(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。
[0017]此外，由于本實用新型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)電主體與體內(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。
[0018]此外，利用發(fā)電主體兩端的調(diào)節(jié)端可調(diào)整發(fā)電主體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發(fā)電主體的結(jié)構(gòu)。
[0019]并且，由于本實用新型的發(fā)電主體位于主動脈外部，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。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0020]圖1是本實用新型實施例一的植入式生物能血糖監(jiān)測儀的示意圖；
[0021]圖2是本實用新型實施例一的發(fā)電主體的示意圖；
[0022]圖3是本實用新型實施例一的發(fā)電主體的內(nèi)部結(jié)構(gòu)剖面圖；
[0023]圖4是圖3中發(fā)電主體A區(qū)域的局部放大圖；
[0024]圖5是本實用新型實施例一中發(fā)電主體安裝于主動脈上的截面圖；
[0025]圖6是本實用新型實施例四中調(diào)節(jié)端為卡齒結(jié)構(gòu)的示意圖；以及
[0026]圖7是本實用新型實施例一的電路圖。
【具體實施方式】
[0027]以下根據(jù)【專利附圖】

【附圖說明】本實用新型的血糖監(jiān)測儀的【具體實施方式】，
[0028]<實施例一 >
[0029]圖1是本實用新型實施例一的植入式生物能血糖監(jiān)測儀的示意圖。如圖1所示，植入式生物能血糖監(jiān)測儀100包括血糖傳感器19、信號發(fā)射部16、發(fā)電部200、以及位于體外的信號接收部300。發(fā)電部200包括發(fā)電主體11、輸出電極14、整流濾波電路12和電能存儲單元13。發(fā)電主體11為有彈性的環(huán)形結(jié)構(gòu)，能夠環(huán)繞于主動脈18的周圍，發(fā)電主體11內(nèi)部具有壓電材料，可利用主動脈的形變產(chǎn)生電能。發(fā)電主體11的輸出電極14后連接了整流濾波電路12，使得發(fā)電主體11輸出的電能變得穩(wěn)定。電能存儲單元13連接于整流濾波電路12之后，用于儲存電能，并通過導(dǎo)線15為植入式生物能血糖監(jiān)測儀100的血糖傳感器19和信號發(fā)射部16供電。
[0030]圖2是本實用新型實施例一的發(fā)電主體的示意圖。如圖2所示，發(fā)電主體11的初始狀態(tài)為開環(huán)的形狀，在環(huán)形結(jié)構(gòu)的兩端各具有一個調(diào)節(jié)端23，當(dāng)安裝在主動脈外壁時需要將兩個調(diào)節(jié)端連接在一起。在發(fā)電主體11和調(diào)節(jié)端23的外表面覆蓋有封裝層22。發(fā)電主體11上具有兩根輸出電極14,用于將發(fā)電主體11產(chǎn)生的電能輸出。
[0031 ] 圖3是本實用新型實施例的發(fā)電主體的內(nèi)部結(jié)構(gòu)剖面圖,如圖3所示，發(fā)電主體11的內(nèi)部為多層薄膜結(jié)構(gòu)，包括位于主體中心層的納米級壓電材料111，以及分別位于壓電材料兩側(cè)的第一電極層112和第二電極層113。封裝層22采用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14的表面,并向發(fā)電主體11的外側(cè)延伸形成兩側(cè)各一個調(diào)節(jié)端23。
[0032]圖4是圖3中發(fā)電主體A區(qū)域的局部放大圖，如圖4所示，位于發(fā)電主體11中心層的納米級壓電材料111。第一電極層112和第二電極層113采用金或銀等導(dǎo)電率高的薄層材料制成，與納米級壓電材料111相連接。
[0033]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。
[0034]在體內(nèi)植入時，可以通過外科手術(shù)的方法將發(fā)電主體11植入到主動脈周圍并包繞主動脈。再通過調(diào)整調(diào)節(jié)端23使得發(fā)電主體11與主動脈的外壁緊密貼合，以采集主動脈形變所產(chǎn)生的能量。
[0035]對主動脈的過度壓迫可能會增加心臟17的工作負(fù)荷，因此可以在發(fā)電主體11與主動脈壁之間臨時放置壓力傳感器以測定發(fā)電主體11對主動脈的壓力，避免其對心臟產(chǎn)生不良的影響。
[0036]由于調(diào)節(jié)端23的內(nèi)部不含有壓電材料層和電極層，因此當(dāng)使用手術(shù)縫線或鈦夾將調(diào)節(jié)端23的兩側(cè)閉合時，不會對發(fā)電主體11造成損害。
[0037]圖5是本實用新型實施例中發(fā)電主體安裝于主動脈上的截面圖。以下結(jié)合圖1和圖5來說明本實用新型的植入式生物能血糖監(jiān)測儀的工作過程。
[0038]如圖1和圖5所示，發(fā)電主體11環(huán)繞于主動脈18。當(dāng)心臟17收縮時，血流的沖擊使主動脈18發(fā)生擴(kuò)張，如圖5所示，主動脈壁45會產(chǎn)生一個對發(fā)電主體11的壓力F，使壓電材料層111發(fā)生形變，從而在其兩端形成電勢差并產(chǎn)生電流，電流通過第一電極層112和第二電極層113傳導(dǎo)至輸出電極14，再通過整流濾波電路12后進(jìn)入電能存儲單元13，電能能存儲單元13為微型可充電電池。電能存儲單元13再將電能供應(yīng)給植入式生物能血糖監(jiān)測儀的血糖傳感器19和信號發(fā)射部16。
[0039]圖7是本實用新型實施例的電路圖。如圖7所示，發(fā)電主體11與整流濾波電路12相連接，發(fā)電主體11產(chǎn)生的電能經(jīng)過整流濾波電路12后對電能存儲單元13進(jìn)行充電，電能存儲單元13用于為用電器即本實施例中的血糖傳感器和信號發(fā)射部供電。
[0040]<實施例二 >
[0041]在本實施例中，植入式生物能血糖監(jiān)測儀的血糖傳感器、信號發(fā)射部以及發(fā)電主體的形狀以及調(diào)節(jié)端的設(shè)置與實施例一相同，區(qū)別之處在于本實施例中，發(fā)電主體的壓電材料層采用納米級壓電陶瓷材料。
[0042]另外一個區(qū)別之處在于，本實施例中調(diào)節(jié)端采用鈦夾固定。
[0043]<實施例三>
[0044]在本實施例中，植入式生物能血糖監(jiān)測儀的血糖傳感器、信號發(fā)射部以及發(fā)電主體的形狀以及調(diào)節(jié)端的設(shè)置與實施例一相同，區(qū)別之處在于本實施例中，發(fā)電主體的壓電材料層采用壓電聚合物，并且調(diào)節(jié)端采用粘合劑粘合的方式進(jìn)行固定。
[0045]〈實施例四〉
[0046]在本實施例中，植入式生物能血糖監(jiān)測儀的血糖傳感器、信號發(fā)射部以及發(fā)電主體的形狀以及調(diào)節(jié)端的設(shè)置與實施例一相同，區(qū)別之處在于本實施例中，如圖6所示，調(diào)節(jié)端61的一端為單排的卡齒，齒尖平滑且面向發(fā)電主體的外側(cè)，以防止齒尖損傷心臟或主動脈等人體組織。調(diào)節(jié)端61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。當(dāng)將發(fā)電部固定于主動脈外壁時，緩慢的將卡齒插入卡槽，同時使用微型壓力傳感器檢測發(fā)電主體對主動脈外壁的壓力，緩慢收緊卡齒，直到該壓力達(dá)到I20mmHg-140mmHg。
[0047]當(dāng)然本實用新型的植入式生物能血糖監(jiān)測儀并不限于以上實施例中所描述的設(shè)計，其壓電材料層、電極層以封裝層均可以采用各種現(xiàn)有的適宜材料制成。
【權(quán)利要求】
1.一種植入式生物能血糖監(jiān)測儀，其特征在于，包括: 用于監(jiān)測血糖的傳感器； 用于將血糖數(shù)據(jù)無線傳輸給體外接收裝置的信號發(fā)射部； 用于接收所述血糖數(shù)據(jù)的信號接收部；以及 為所述傳感器和所述信號發(fā)射部供電的發(fā)電部， 其中，所述發(fā)電部包括發(fā)電主體、調(diào)節(jié)端、輸出電極、電能存儲單元以及封裝層， 所述發(fā)電主體用于包繞主動脈，以采集主動脈擴(kuò)張時所產(chǎn)生的機(jī)械能，并轉(zhuǎn)化為電能，所述發(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，以及分別位于所述壓電材料層兩側(cè)的第一電極層和第二電極層， 所述調(diào)節(jié)端位于所述發(fā)電主體的兩端，用于調(diào)節(jié)所述發(fā)電主體的長度， 所述輸出電極用于將電能輸送給電能存儲單元， 所述電能存儲單元用于存儲電能并為所述傳感器和信號發(fā)射部供電， 所述封裝層覆蓋于所述發(fā)電主體、所述調(diào)節(jié)端、所述電能存儲單元以及所述輸出電極的表面。
2.如權(quán)利要求1所述的植入式生物能血糖監(jiān)測儀，其特征在于: 其中，所述電能存儲部為微型可充電電池或電容。
3.如權(quán)利要求1所述的植入式生物能血糖監(jiān)測儀，其特征在于，還包括: 整流濾波電路，連接于所述電能存儲單元和所述輸出電極之間。
4.如權(quán)利要求1所述的植入式生物能血糖監(jiān)測儀，其特征在于: 其中，所述調(diào)節(jié)端的固定方式使用手術(shù)縫線、鈦夾和粘合中的任意一種。
5.如權(quán)利要求1所述的植入式生物能血糖監(jiān)測儀，其特征在于: 其中，所述調(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)，所述調(diào)節(jié)端的另一端為卡槽，卡槽的內(nèi)部一側(cè)具有與所述卡齒相配合的齒槽，另一側(cè)為平面，所述卡齒與所述卡槽相卡合。
6.如權(quán)利要求1所述的植入式生物能血糖監(jiān)測儀，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。
7.如權(quán)利要求1所述的植入式生物能血糖監(jiān)測儀，其特征在于: 所述發(fā)電部對主動脈的壓力小于140mmHg。
【文檔編號】H02N2/18GK203693604SQ201320870349
【公開日】2014年7月9日 申請日期:2013年12月26日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月26日
【發(fā)明者】張 浩, 曲丹, 徐志云 申請人:中國人民解放軍第二軍醫(yī)大學(xué)