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一种生物燃料电池供电的无导线心脏起搏器制造技术

技术编号:21870679 阅读:129 留言:0更新日期:2019-08-17 08:12
本发明专利技术属于医学工程和植入医疗器械领域,具体涉及一种体内具有充电管理技术的自供能无线心脏起搏器,其特征在于:具有电化学反应模块、电能收集模块、电压放大模块和电路模块;其中纳米物质和成的电池阳极和电池阴极,以血液为电解质媒介,组成电化学反应模块。电化学反应模块产生的电流经电能收集模块收集电能,再经由电压放大模块升压,从而为电路模块供电,驱动起搏器工作。本发明专利技术首创利用生物能发电的方法,利用生物燃料电池的理论,为起搏器供电,缩小无线心脏起搏器的体积,延长电池的使用寿命,可以增加由供电限制而减少的起搏器电生理功能。

A Leadless Cardiac Pacemaker Powered by Biofuel Cell

【技术实现步骤摘要】
一种生物燃料电池供电的无导线心脏起搏器
本专利技术属于有源植入类医疗器械,涉及一种生物燃料电池供电的无导线心脏起搏器,属于医学工程领域。
技术介绍
心脏起搏器广泛用于治疗心律失常所致的心脏功能障碍疾病,据来自卫生部的消息,我国每年约有50多万人死于房颤引起的猝死(心源性猝死),而心脏起搏器作为治疗心源性猝死的有效治疗手段,可以24小时不间断地对病人心率进行监测,一旦发现病人心率异常(过快或过缓),起搏器即会在十几秒钟内通过医生事先设定的治疗方案自动纠正异常心率,使其恢复正常的跳动。成功率可达百分之百。传统起搏器存在诸多如导线疲劳损伤、系统感染率高、更换电池难、囊袋破损等方面的问题。无线起搏器凭借其体积小、无导线、寿命长、感染率低等众多优点,克服传统起搏器的不足,无线心脏起搏器开始受到人们广泛重视。无线心脏起搏器体积只有传统起搏器的十分之一,集成电路的发展和电池技术的进步决定着无导线心脏起搏器的未来发展。当前酶促生物燃料电池面临两大挑战,即寿命短和功率密度低,这极大地的限制了其实际应用现有的无线心脏起搏器,由不可充电电池提供能量。电池部分占了起搏器体积的一半,限制了起搏器的功能的多样化。本专利描述了一种生物燃料电池供电的无导线心脏起搏器,可利用血液中的葡萄糖进行发电,为起搏器提供电能。US3941135A:西门子公司提出了一种改进的心脏起搏器,并且具有可植入的葡萄糖/氧气生物燃料电池作为能量供应。设计了葡萄糖电极和氧电极,以血液中的葡萄糖为介质,发生电化学反应,产生电能。US20050118494A1:NANOSOLUTIONS公司于2003年公开提出了一种基于纳米结构的植入式生物燃料电池系统,该系统电极结构由沉积在具有纳米结构的高表面积金属线的阳极和固定在碳纳米管上的酶制成的阴极电极组成,阳极酶包含固定的葡萄糖氧化酶,阴极酶包含固定的漆酶。葡萄糖在阳极表面被氧化,氧在阴极表面被还原。耦合的葡萄糖氧化——氧还原发生反应提供自生电流源,用于植入式医疗器械的电能供给。该系统对电极结构进行了优化。WO2004012811A1:该专利提供了一种微集成心脏起搏器和分布式心脏起搏系统,该系统电源单元是生物燃料电池通过氧化生物燃料取出电子,从而产生一定的电流。该生物燃料电池的特征在于它包括阳极和阴极,生物燃料的氧化酶通过介体固定在阴极上,血液和/或体液用作电解质溶液,发生电化学反应,产生电能。4-CN203816091U-生物能心脏起搏器:该专利提供一种生物能心脏起搏器,具有:心律监测部,脉冲发生器,刺激电极以及发电部,其中,发电部包括发电主体、调节端、输出电极、电能存储单元以及封装层,发电主体用于包绕主动脉,以采集主动脉扩张时所产生的机械能,并转化为电能。原理为收集心脏的机械能,存储并用于起搏器供电。与葡萄糖为介质的生物燃料电池原理上有本质区别。
技术实现思路
本专利技术提供了一种转换体内葡萄糖的化学能为电能从而为电池供电的无导线心脏起搏器系统,用以解决目前起无导线搏器寿命问题。为实现上述目的,本专利技术提供一种其特征在于:具有电化学反应模块、电能收集模块、电压放大模块和电路模块,其中:所述电化学反应模块由电池阳极以及电池阴极组成,以血液中的葡萄糖为燃料,发生电化学反应,产生一定的电压;电化学反应模块由电池阳极和电池阴极组成;所述电化学反应模块可配置为外部控制环控制的,由电池阴极和电池阳极组成的系统;该系统可套在心脏起搏器的电极导线上,未植入时置于起搏器壳体的硅胶保护套内,待导线植入完成时,可通过外部控制环进入到心脏腔室,通过固定卡扣固定,从而发生电化学反应。所述固定卡扣在控制环穿在导线上时,处于缩回状态,待外部控制环通过输送工具植入到指定凹槽位置,固定卡扣弹出,可固定控制环,同时,电池阴极和电池阳极发生的电化学反应产生的电能通过固定卡扣上的接口传递到起搏器系统,用于起搏器供电或电能存储。所述电化学反应模块可直接制成为传统起搏器位于电极导线头端的电极导线一部分,电池阳极和电池阴极组成电化学反应模块,固定装置负责固定导线,电极刺激阴极和阳极产生电流回路刺激心脏。所述电化学反应模块还可配置为位于无导线心脏起搏器尾部的电池系统,在无导线心脏起搏器通过输送系统植入后,电池阴极和电池阳极以血液中的葡萄糖为燃料,发生电化学反应,为起搏器供电。所述无导线心脏起搏器尾部的电池系统可直接设计制造成无导线心脏起搏器尾部两侧的电池阴极和电池阳极,和壳体融为一体,缩小整体系统的体积。所述无导线心脏起搏器尾部的电池系统可设计制造为伸出无导线心脏起搏器尾部的电池阴极和电池阳极,增大与血液的接触面积,提到电能转换效率。所述电池阳极由葡萄糖脱氢酶或其他可用于生物燃料电池阳极的酶或催化剂复合在电极基质材料上组成,所述电池阴极由复合在电极基质材料上的漆酶或其他可用于生物燃料电池阴极的酶组成,。所述电极基质材料由多壁碳纳米管与酶复合制成的夹心结构或其他可用做电极基质的材料制成;所述复合方法包括但不仅限于逐层沉积技术、吸附法、包埋法、交联法、公家结合法。逐层沉积技术精确控制金纳米粒子和酶的沉积。所述电能收集模块用于收集电化学反应模块产生的低压电力。所述电能收集模块由EH4295装置或其他电压收集装置收集电化学模块产生的低压电力;所述电压放大模块接收来自电能收集模块的的低压电力,通过放大电路,放大低压电力为可启动起搏器的电压范围;所述电压放大电路由EH300装置或其他电压放大装置放大来自电能收集模块的低压电力,使电压足以驱动电路模块工作;所述起搏器工作电压范围为1.0V-3.0V;所述电路模块由生物燃料电池提供电能,负责产生周期的脉冲,刺激心房或心室。所述电能收集模块由超低输入电压升压电路充电泵或其他符合条件的升压电路组成,收集电化学模块产生的低电压。所述DC-DC转换器所述DC-DC转换器可由SeikoS-8353控制器或其他符合条件的控制器组成。附图说明图1是本专利技术实施例中电化学反应模块置于传统起搏器电极导线的工作原理图。图2是本专利技术实施例中传统起搏器控制环的示意图。图3是本专利技术实施例中电极导线和电化学反应模块工作示意图图4是本专利技术实施例中控制环固定方式和能量传递的工作原理图图5是本专利技术实施例中传统起搏器电极导线上电化学反应模块的植入过程图图6是本专利技术实施例中无导线起搏器实现生物燃料电池供电的结构设计图图7是本专利技术实施例中无导线起搏器钩爪电极的结构设计图图8是电池阴极和电池阳极的夹心结构设计原理图具体实施方式实施例旨在进一步说明本专利技术的内容,而不是限制本专利技术的保护范围。本专利技术描述的技术可应用于任何电极刺激的医疗器械,如胃刺激器、心脏除颤器,脑起搏器、深部脑刺激器、皮下神经刺激器以及其他形式的刺激器。下面根据实施例具体说明实施方式实施例1在一些示例中,如图1所示,起搏器系统被配置为传统心脏起搏器,置于胸下囊袋中,通过电极导线植入到心脏的腔室当中,电极导线上可配置有电化学反应模块。所述电化学反应模块由电池阳极以及电池阴极组成,以血液中的葡萄糖为燃料,发生电化学反应,产生一定的电压。在一些示例中,所述电化学反应模块可直接制成为传统起搏器位于电极导线头端的电极导线一部分,电池阳极和电池阴极组成电化学反应模块,固定装置负责固定导线,电极刺激阴极和阳极产生电流回路刺本文档来自技高网
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【技术保护点】
1.一种生物燃料电池供电的无导线心脏起搏器,其特征在于:具有电化学反应模块、电能收集模块、电压放大模块和电路模块,其中:所述电化学反应模块由电池阳极以及电池阴极组成,以血液中的葡萄糖为燃料,发生电化学反应,进行电子迁移,产生一定的电压;所述电能收集模块电压收集装置收集电化学模块产生的低压电力;所述电压放大模块电压放大装置放大来自电能收集模块的低压电力,使电压足以驱动电路模块工作;所述电路模块负责产生周期的脉冲,刺激心房或心室。

【技术特征摘要】
1.一种生物燃料电池供电的无导线心脏起搏器,其特征在于:具有电化学反应模块、电能收集模块、电压放大模块和电路模块,其中:所述电化学反应模块由电池阳极以及电池阴极组成,以血液中的葡萄糖为燃料,发生电化学反应,进行电子迁移,产生一定的电压;所述电能收集模块电压收集装置收集电化学模块产生的低压电力;所述电压放大模块电压放大装置放大来自电能收集模块的低压电力,使电压足以驱动电路模块工作;所述电路模块负责产生周期的脉冲,刺激心房或心室。2.根据权利要求1所述的系统,其特征在于:其中电化学反应模块由电池阳极和电池阴极组成;所述电池阳极由葡萄糖脱氢酶复合在电极基质材料上,所述电池阴极由复合在电极基质材料上的漆酶组成。3.根据权利要求1所述的系统,其特征在于:所述电化学反应模块可由固定在传统起搏器电极导线上的外部控制环控制的电池阴极和电池阳极或无导线心脏起搏器尾部的电池阳极和电池阴极组成。4.根据权利要求2所述的系统,其特征在于:所述电极材料为多壁碳纳米管与酶复合制成的夹心结构。5.根...

【专利技术属性】
技术研发人员:张海军房艺侯文博李建文王燕周文秀周超尹玉霞鲁手涛段翠海刘光
申请(专利权)人:张海军
类型:发明
国别省市:山东,37

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