植入式生物能胰島素泵的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型提供一種植入式生物能胰島素泵，包括血糖傳感器、胰島素注射泵、輸注導(dǎo)管、控制部、信號(hào)發(fā)射部、體外通訊器以及發(fā)電部。發(fā)電部包括發(fā)電主體、調(diào)節(jié)端、輸出電極、封裝層以及電能存儲(chǔ)部。其中，發(fā)電主體用于采集主動(dòng)脈擴(kuò)張時(shí)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層，以及位于壓電層兩側(cè)的第一電極層和第二電極層。封裝層覆蓋于發(fā)電主體、調(diào)節(jié)端、輸出電極以及電能存儲(chǔ)單元的表面。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(zhǎng)度。輸出電極用于將電能輸送給電能存儲(chǔ)部。本實(shí)用新型的植入式生物能胰島素泵無(wú)需更換電池，一次植入后可終身使用。
【專利說(shuō)明】植入式生物能胰島素泵
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種植入式胰島素泵，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(jiàn)病和多發(fā)病，作為一種終身性疾病，目前尚缺少?gòu)氐赘蔚闹委熓侄?。?duì)于嚴(yán)重的糖尿病患者，通常需要采取強(qiáng)化胰島素治療。由于強(qiáng)化治療需要每日3次甚至更多次的注射胰島素，大大增加了發(fā)生低血糖的風(fēng)險(xiǎn)和體重上升的可能性。
[0003]近年來(lái)研發(fā)或臨床試驗(yàn)中的植入式胰島素泵有利于持續(xù)、平穩(wěn)的控制血糖，并減少糖尿病相關(guān)的并發(fā)癥。然而，植入式胰島素泵作為一種體內(nèi)植入的電子設(shè)備，需要持續(xù)的電能供應(yīng)。而現(xiàn)有的微型電池的供電時(shí)間普遍較短，植入后一旦電池能量耗竭，就需要再次手術(shù)更換電池。這既會(huì)給患者造成生理上的痛苦以及心理上的恐懼和焦慮，還會(huì)增加患者及其家庭的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)。
[0004]在人體內(nèi)部，心臟的收縮運(yùn)動(dòng)和血液的流動(dòng)都具有穩(wěn)定和不間斷的動(dòng)能。如果能夠采集其中一小部分動(dòng)能并轉(zhuǎn)化為電能，將有望成為植入式胰島素泵的理想能量來(lái)源。然而，由于心臟是人體的“發(fā)動(dòng)機(jī)”，不恰當(dāng)?shù)牟杉呐K動(dòng)能必然會(huì)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(shí)用新型內(nèi)容
[0005]為解決上述問(wèn)題，本實(shí)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胰島素泵，其特征在于，包括血糖傳感器、胰島素注射泵、輸注導(dǎo)管、控制所述注射泵運(yùn)行的控制芯片、信號(hào)發(fā)射部、用于接收信號(hào)的體外通訊器以及提供電能的發(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(chǔ)單元以及封裝層。其中，發(fā)電主體用于包繞主動(dòng)脈，以采集主動(dòng)脈擴(kuò)張時(shí)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(zhǎng)度。輸出電極用于將電能輸送給電能存儲(chǔ)單元。電能存儲(chǔ)單元用于存儲(chǔ)電能并為血糖傳感器、控制芯片、胰島素注射泵和信號(hào)發(fā)射部供電。封裝層覆蓋于發(fā)電主體、調(diào)節(jié)端、輸出電極以及電能存儲(chǔ)單元的表面。
[0006]另外，本實(shí)用新型的植入式生物能胰島素泵還可以具有這樣的特征:其中，壓電材料層含有納米級(jí)壓電材料，納米級(jí)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。
[0007]另外，本實(shí)用新型的植入式生物能胰島素泵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(jí)壓電材料的單層或多層結(jié)構(gòu)。
[0008]另外，本實(shí)用新型的植入式生物能胰島素泵還可以具有這樣的特征:其中，所述電能存儲(chǔ)部為微型可充電電池或電容。[0009]另外，本實(shí)用新型的植入式生物能胰島素泵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(chǔ)單元和輸出電極之間。
[0010]另外，本實(shí)用新型的植入式生物能胰島素泵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。
[0011]另外，本實(shí)用新型的植入式生物能胰島素泵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。
[0012]另外，本實(shí)用新型的植入式生物能胰島素泵還可以具有這樣的特征: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。
[0013]另外，本實(shí)用新型的植入式生物能胰島素泵還可以具有這樣的特征:發(fā)電部對(duì)主動(dòng)脈的壓力小于140mmHg。
[0014]實(shí)用新型作用與效果
[0015]本實(shí)用新型的植入式生物能胰島素泵，通過(guò)植入納米級(jí)壓電材料以采集主動(dòng)脈擴(kuò)張時(shí)所產(chǎn)生的能量并轉(zhuǎn)化為電能，作為其能量來(lái)源。因此只要心臟跳動(dòng)，本實(shí)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(guò)手術(shù)更換電池的問(wèn)題。
[0016]由于本實(shí)用新型采用納米級(jí)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。
[0017]由于本實(shí)用新型采用了柔軟的環(huán)形結(jié)構(gòu)包繞于主動(dòng)脈的外壁，且能夠定量控制本系統(tǒng)對(duì)主動(dòng)脈的壓力，因此既可以高效、充分的采集主動(dòng)脈擴(kuò)張時(shí)所產(chǎn)生的機(jī)械能，又不會(huì)對(duì)心臟功能產(chǎn)生明顯影響。
[0018]此外，由于本實(shí)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(dòng)脈壁形變產(chǎn)生的壓力有效的傳導(dǎo)至壓電材料。
[0019]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(dòng)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(shí)不會(huì)損壞發(fā)電主體的結(jié)構(gòu)。
[0020]并且，由于本實(shí)用新型的發(fā)電主體位于主動(dòng)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(xiǎn)。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0021]圖1是本實(shí)用新型實(shí)施例一的植入式生物能胰島素泵的示意圖；
[0022]圖2是本實(shí)用新型實(shí)施例一的發(fā)電主體的示意圖；
[0023]圖3是本實(shí)用新型實(shí)施例一的發(fā)電主體的內(nèi)部結(jié)構(gòu)剖面圖；
[0024]圖4是圖3中發(fā)電主體A區(qū)域的局部放大圖；
[0025]圖5是本實(shí)用新型實(shí)施例一中發(fā)電主體安裝于主動(dòng)脈上的截面圖；
[0026]圖6是本實(shí)用新型實(shí)施例四中調(diào)節(jié)端為卡齒結(jié)構(gòu)的示意圖；以及
[0027]圖7是本實(shí)用新型的電路示意圖。
【具體實(shí)施方式】[0028]以下根據(jù)【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】本實(shí)用新型的植入式生物能胰島素泵的【具體實(shí)施方式】，
[0029]<實(shí)施例一 >
[0030]圖1是本實(shí)用新型實(shí)施例一的植入式生物能胰島素泵的示意圖。如圖1所示，植入式生物能胰島素泵100包括控制芯片19、信號(hào)發(fā)射部16、注射泵15、輸注導(dǎo)管151、血糖傳感器20以及發(fā)電部200，發(fā)電部200包括發(fā)電主體11、整流濾波電路12、輸出電極14和電能存儲(chǔ)部13。
[0031]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(dòng)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(dòng)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(chǔ)單元13連接于整流濾波電路12之后，用于儲(chǔ)存電能，并為生物能胰島素泵100的血糖傳感器20、控制芯片19、信號(hào)發(fā)射部16以及注射泵15供電。
[0032]圖2是本實(shí)用新型實(shí)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(kāi)環(huán)的形狀，在環(huán)形結(jié)構(gòu)的兩端各具有一個(gè)調(diào)節(jié)端23，安裝在主動(dòng)脈外壁時(shí)需要將兩個(gè)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。
[0033]圖3是本實(shí)用新型實(shí)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(jí)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(gè)調(diào)節(jié)端23。
[0034]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(jí)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(jí)壓電材料111相連接。
[0035]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(dòng)脈。
[0036]在體內(nèi)植入時(shí)，可以通過(guò)外科手術(shù)的方法將發(fā)電主體11植入到主動(dòng)脈周圍并包繞主動(dòng)脈。再通過(guò)調(diào)整調(diào)節(jié)端23使得發(fā)電主體11與主動(dòng)脈的外壁緊密貼合，以采集主動(dòng)脈形變所產(chǎn)生的能量。
[0037]對(duì)主動(dòng)脈的過(guò)度壓迫可能會(huì)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(dòng)脈壁之間臨時(shí)放置壓力傳感器以測(cè)定發(fā)電主體11對(duì)主動(dòng)脈的壓力，避免其對(duì)心臟產(chǎn)生不良的影響。
[0038]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(shí)，不會(huì)對(duì)發(fā)電主體11造成損害。
[0039]圖5是本實(shí)用新型實(shí)施例中發(fā)電主體安裝于主動(dòng)脈上的截面圖。以下結(jié)合圖1和圖5來(lái)說(shuō)明本實(shí)用新型的植入式生物能胰島素泵的工作過(guò)程。
[0040]如圖1和圖5所示，發(fā)電主體11環(huán)繞于主動(dòng)脈18。當(dāng)心臟17收縮時(shí)，血流的沖擊使主動(dòng)脈18發(fā)生擴(kuò)張，如圖5所示，主動(dòng)脈壁45會(huì)產(chǎn)生一個(gè)對(duì)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(shì)差并產(chǎn)生電流，電流通過(guò)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(guò)整流濾波電路12后進(jìn)入電能存儲(chǔ)單元13，電能能存儲(chǔ)單元13為微型可充電電池。電能存儲(chǔ)單元13再將電能供應(yīng)給植入式生物能胰島素泵的血糖傳感器20、控制芯片19、信號(hào)發(fā)射部16以及注射泵15。當(dāng)血糖傳感器感受到體內(nèi)的血糖值高于閾值時(shí)，控制芯片19會(huì)控制注射泵15通過(guò)輸注導(dǎo)管151向血液輸注適量的胰島素，同時(shí)，信號(hào)發(fā)射部16會(huì)將體內(nèi)的血糖信息和胰島素泵的工作狀態(tài)輸出給體外通訊器 152。
[0041]圖7是本實(shí)用新型植入式生物能胰島素泵的實(shí)施例的電路示意圖，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(guò)整流濾波電路12后對(duì)電能存儲(chǔ)單元13進(jìn)行充電，電能存儲(chǔ)單元13用于為用電器即本實(shí)施例中的血糖傳感器、控制芯片、信號(hào)發(fā)射部以及注射泵供電。
[0042]<實(shí)施例二 >
[0043]在本實(shí)施例中，植入式生物能胰島素泵的血糖傳感器、控制芯片、信號(hào)發(fā)射部、注射泵、發(fā)電主體的形狀以及調(diào)節(jié)端的設(shè)置與實(shí)施例一相同，區(qū)別之處在于本實(shí)施例中，發(fā)電主體的壓電材料層采用納米級(jí)壓電陶瓷材料。
[0044]另外一個(gè)區(qū)別之處在于，本實(shí)施例中調(diào)節(jié)端23采用鈦夾固定。在固定的同時(shí)使用微型壓力傳感器檢測(cè)發(fā)電主體對(duì)主動(dòng)脈外壁的壓力，緩慢收緊卡齒，直到該壓力達(dá)到120-140mmHgo
[0045]<實(shí)施例三>
[0046]在本實(shí)施例中，生物能胰島素泵的血糖傳感器、控制芯片、信號(hào)發(fā)射部、注射泵、發(fā)電主體的形狀以及調(diào)節(jié)端的設(shè)置與實(shí)施例一相同，區(qū)別之處在于本實(shí)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。在固定的同時(shí)使用微型壓力傳感器檢測(cè)發(fā)電主體對(duì)主動(dòng)脈外壁的壓力，緩慢收緊卡齒，直到該壓力達(dá)到120-140mmHgo
[0047]〈實(shí)施例四〉
[0048]在本實(shí)施例中，生物能胰島素泵的血糖傳感器、控制芯片、信號(hào)發(fā)射部、注射泵、發(fā)電主體的形狀以及調(diào)節(jié)端的設(shè)置與實(shí)施例一相同，區(qū)別之處在于本實(shí)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(dòng)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(dòng)脈外壁時(shí)，緩慢的將卡齒插入卡槽，同時(shí)使用微型壓力傳感器檢測(cè)發(fā)電主體對(duì)主動(dòng)脈外壁的壓力，緩慢收緊卡齒，直到該壓力達(dá)到120-140mmHgo
[0049]當(dāng)然本實(shí)用新型的植入式生物能胰島素泵并不限于以上實(shí)施例中所描述的設(shè)計(jì)，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胰島素泵，其特征在于，包括: 血糖傳感器； 胰島素注射泵； 與注射泵連接的輸注導(dǎo)管； 控制所述注射泵運(yùn)行的控制芯片； 信號(hào)發(fā)射部； 用于接收信號(hào)的體外通訊器；以及 為所述血糖傳感器、注射泵、控制芯片和信號(hào)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(chǔ)單元以及封裝層， 所述發(fā)電主體用于包繞主動(dòng)脈，以采集主動(dòng)脈擴(kuò)張時(shí)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(zhǎng)度， 所述輸出電極用于將電能輸送給電能存儲(chǔ)單元， 所述電能存儲(chǔ)單元用于存儲(chǔ)電能并為所述血糖傳感器、所述注射泵、所述信號(hào)發(fā)射部以及所述控制芯片供電， 所述封裝層覆蓋于所述發(fā)電主體、所述調(diào)節(jié)端、所述輸出電極以及所述電能存儲(chǔ)單元表面。
2.如權(quán)利要求1所述的植入式生物能胰島素泵，其特征在于: 其中，所述電能存儲(chǔ)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胰島素泵，其特征在于，還包括: 整流濾波電路，連接于所述電能存儲(chǔ)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胰島素泵，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胰島素泵，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胰島素泵，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胰島素泵，其特征在于: 所述發(fā)電部對(duì)主動(dòng)脈的壓力小于140mmHg。
【文檔編號(hào)】A61M5/142GK203619989SQ201320870346
【公開(kāi)日】2014年6月4日 申請(qǐng)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(qǐng)人:中國(guó)人民解放軍第二軍醫(yī)大學(xué)