植入式生物医学设备——如起搏器、胰岛素泵和神经刺激器——正变得越来越小，并利用无线技术，但为下一代植入式设备供电仍然存在障碍。研究人员称，宾夕法尼亚州立大学科学家开发的一种新型无线充电设备可以显著提高植入物的充电能力，同时对我们的身体安全。

　　科学家们在《能源与环境科学》杂志上报告说，这种新设备可以同时从磁场和超声波源中获取能量，并将这些能量转化为电能，为植入物提供动力。该团队表示，这是第一个同时高效地收集这两种能源的设备，并且在人体组织的安全范围内运行。

　　宾夕法尼亚州立大学材料科学与工程系的研究教授、该研究的合著者Bed Poudel说:“我们的设备可能会开启下一代生物医学应用，因为它产生的功率比目前最先进的设备高300%。”

　　“通过在一台发电机中结合两种能源，在给定体积的设备上产生的电力可以显著提高，这可以解锁许多以前不可能实现的应用。”

　　利用这项技术，无电池生物电子设备可以小型化到毫米大小，使其易于植入，并允许传感器和执行器的分布式网络测量和操纵整个身体的生理活动。科学家们说，这将使精确和适应性的生物电子治疗成为可能，并且对日常活动的风险或干扰最小。

　　更传统的植入物，如起搏器，通常由电池供电，使用电缆充电。但电池的寿命有限，更换电池可能需要手术，这可能会带来感染或其他医疗并发症的风险。

　　科学家们说，给植入物充电或直接无线供电可以延长它们的使用寿命。但是，随着植入物不断缩小，用于手机和电动汽车的传统无线充电技术可能并不理想。

　　宾夕法尼亚州立大学电子工程副教授、该研究的合著者迈赫迪·基亚尼(Mehdi Kiani)说:“问题是，随着这些植入物越来越小，侵入性越来越小，无线充电的效率就会大大降低。”“为了解决这个问题，你需要增加功率。但问题是，高频电磁波可能对身体有害。”

　　研究人员称，磁场和低频率的超声能量是为植入物无线供电或充电的诱人选择。科学家们说，其他科学家之前的工作重点是创造能够收集这些能源之一的设备，但不是同时进行的。然而，这种单一来源的方法可能无法提供足够的能量来为未来更小的医疗植入物充电。

　　“现在我们可以在一个接收器中结合两种模式，”宾夕法尼亚州立大学材料科学与工程系博士后学者、该论文的主要作者苏曼塔·库马尔·卡兰(Sumanta Kumar Karan)说。“这可以超越任何一种单独的模式，因为我们现在有两种能源。我们可以将功率提高四倍，这是非常重要的。”

　　该设备使用两步过程将磁场能量转换为电能。一层是磁致伸缩的，将磁场转化为应力，另一层是压电的，将应力或振动转化为电场。这种组合使该设备能够将磁场转化为电流。

　　研究人员说，压电层还可以同时将超声波能量转化为电流。

　　Poudel说:“我们将这些能源结合在一起，我们可以产生足够的能量来完成下一代植入物将被要求做的事情。”“我们可以在不损伤组织的情况下做到这一点。”

　　技术也对智能建筑中的无线传感器网络等供电产生影响。科学家们说，这些网络可以监测能源和操作模式，并利用这些信息远程调整控制系统。

　　更多信息:Sumanta Kumar Kumar Karan et al .，磁场和超声感应同步无线能量收集，能源与环境科学(2024)。DOI: 10.1039/D3EE03889K期刊信息:能源与环境科学由宾夕法尼亚州立大学提供引文:双能量收集设备可以为未来的无线医疗植入物供电(2024年，2月21日)检索自2024年2月21日https://techxplore.com/news/2024-02-dual-energy-harvesting-device-power.html此文档受版权保护。除为私人学习或研究目的而进行的任何公平交易外，未经书面许可，不得转载任何部分。内容仅供参考之用。