采用多束压电复合薄膜的Pacemaker引线上的柔性能量收集器。

ty10086 提交于 周三, 08/25/2021 - 17:04
文章英文标题
Flexible Energy Harvester on a Pacemaker Lead Using Multibeam Piezoelectric Composite Thin Films.
正文
植入的医疗器械,如心脏起搏器和除颤器,依靠电池进行手术。然而,传统的电池使用时间仅为几年,需要额外的手术进行更换。直接从人体中获取能量,可以在不受电池有限寿命限制的情况下,为植入式医疗器械提供一种新的自我可持续电源范式。这里,我们报道了一种采用聚二甲基硅氧烷( PDMS )填充微孔P ( VDF- TrFE )复合膜的多束心脏能量收集器的设计。我们首先在微孔P ( VDF-TrFE )薄膜中添加ZnO纳米颗粒和多壁碳纳米管来提高能量输出。30 % ZnO和0.1 % MWCNTs的混合比得到3.22 ± 0.24 V的电压输出,电压输出是纯P ( VDF- TrFE )薄膜的46倍。接下来,我们发现含有PDMS的复合膜产生的电压比没有PDMS的复合膜高约105 %。为了在心脏起搏器中的应用,我们发展了一种简单的制造方法,通过构建一个圆柱形多束装置,驻留在起搏器上,通过心跳驱动的铅的复杂运动来获取能量。由于能量收集组件被集成到起搏器中,它大大减少了与起搏器相关手术相关的风险和费用。这项工作为新一代能量收集器的发展铺平了道路,将使患者受益于各种植入式生物医疗设备。
文章内容(英文)
Implantable medical devices, such as cardiac pacemakers and defibrillators, rely on batteries for operation. However, conventional batteries only last for a few years, and additional surgeries are needed for replacement. Harvesting energy directly from the human body enables a new paradigm of self-sustainable power sources for implantable medical devices without being constrained by the battery's limited lifetime. Here, we report the design of a multibeam cardiac energy harvester using polydimethylsiloxane (PDMS)-infilled microporous P(VDF-TrFE) composite films. We first added ZnO nanoparticles and multiwall carbon nanotubes into microporous P(VDF-TrFE) films to increase the energy output. The mixing ratios of 30% ZnO and 0.1% MWCNTs yielded 3.22 ± 0.24 V output, which resulted in a voltage output 46 times higher than that of pure P(VDF-TrFE) films. Next, we discovered that the voltage generated by the composite film with PDMS is approximately 105% higher than that of the one without PDMS. For the application in cardiac pacemakers, we developed a facile fabrication method by building a cylindrical multibeam device that resides on the pacemaker lead to harvest energy from the complex motion of the lead driven by the heartbeat. Since the energy harvesting component is integrated into the pacemaker, it significantly reduces the risks and expenses associated with pacemaker-related surgeries. This work paves the way toward the new generation of energy harvesters that will benefit patients with a variety of implantable biomedical devices.
来源出处
Journal|[J]ACS Applied Materials & InterfacesVolume 12, Issue 30. 2020. PP 34170-34179
DOI
https://doi.org/10.1021/ACSAMI.0C07969

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