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2017年4月5日

太阳能的心跳

第一个提供有关太阳能电池为医疗植入设备供能的潜能的数据的现实实验

使用置于皮肤下的太阳能电池连续为植入电子医疗设备充电的概念是可行的。瑞士研究人员已经做了数学计算,并且发现在一整年内产生足够的功率来驱动一个典型的起搏器只需要一个3.6平方厘米的太阳能电池。该研究首次提供了利用太阳能电池为心脏起搏器和深部脑刺激器等设备供电的应用潜力的现实数据。根据主要作者,来自伯尔尼大学医院和瑞士伯尔尼大学的Lukas Bereuter所说,未来,皮下植入这种太阳能发电设备会使病人摆脱持续接受手术更换这些救生设备的电池的不便。研究结果已在施普林格出版社出版的生物医学工程杂志上发表。

目前,大多数电子植入物都是由电池供电的,其大小由延长寿命所需的电池体积所控制。这样的电池电力耗尽时,就必须充电或更换。在大多数情况下,这意味着患者必须接受植入物更换手术,这种手术不仅费用高昂,给病人带来很大压力,而且具有出现医疗并发症的风险。使用原电池也会影响设备的大小。

最近,多个的研究组提出了小型电子太阳能电池的原型,可以将其植入皮肤下并用于医疗设备的充电。这种电池将穿透皮肤表面的阳光转换成能量。

为探究这种可充电能源发电机现实的可行性,Bereuter和他的同事们开发了专门设计的可以测量发电机输出功率的测量设备。这些装置的大小只有3.6平方厘米,这使它们小到可以在需要的时候植入皮肤下。在测试中,科学家用光学过滤器覆盖参与实验的所有10个设备,以模拟皮肤影响太阳穿透皮肤的程度的特性。瑞士的32名志愿者在胳膊上佩戴了这些设备,实验持续了夏秋冬3季各一周共三周的时间。

实验发现,无论什么季节,这些微小的装置总是能够产生远远超过5-10毫瓦的电力,足够一个典型的心脏起搏器的使用。输出功率最低的参与者仍能平均获得12毫瓦的电力。

“得到的总体平均功率足以支持例如起搏器等设备的使用或者至少能延长任何其他活性植入设备的寿命,”Bereuter说。“通过使用诸如太阳能电池之类的能量收集装置为植入设备供电,可以避免设备的更换,并且使植入物的尺寸大幅减小。”

Bereuter认为,这项研究结果的应用可以扩展到人身上其他移动太阳能供能设备。必须考虑太阳能电池的采光面积、其效率和病人的皮肤的厚度等方面。

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