自給能源血泵的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種自給能源血栗，屬于機(jī)械工程和生物醫(yī)學(xué)技術(shù)領(lǐng)域，自給能源血栗利用安置在人體內(nèi)的生物燃料電池供電，電池利用皮下組織液中葡萄糖和氧氣發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)電，解決植入式血栗的供能問(wèn)題。
【背景技術(shù)】
[0002]現(xiàn)代醫(yī)學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，各種治療或輔助性的可植入醫(yī)療設(shè)備已經(jīng)運(yùn)用于人體的各個(gè)部位，給患者帶來(lái)了恢復(fù)生理機(jī)能的契機(jī)。心臟病是威脅人類健康的主要因素，供體心臟移植是最好的治療方法，目前受限于供體心臟短缺，因此用血栗來(lái)代替供體心臟就給患者帶來(lái)了治療的希望。血栗亦稱人工心臟栗，血栗移植是一種有效治療心肌功能不全的手段。植入式血栗的驅(qū)動(dòng)能量是一個(gè)重要環(huán)節(jié)，目前血栗的驅(qū)動(dòng)能量是采用外接電源輸入的方法，外接電源輸入即通過(guò)手術(shù)將皮質(zhì)導(dǎo)線穿過(guò)人體皮膚引出人體，通過(guò)皮質(zhì)導(dǎo)線將外界電池的能量傳遞給血栗，這樣極易造成感染，影響患者手術(shù)后的生活質(zhì)量。解決這個(gè)問(wèn)題的關(guān)鍵在于如何為血栗提供穩(wěn)定的電能，如果直接在人體內(nèi)植入傳統(tǒng)的化學(xué)電池，例如鋰電池，也存在電池壽命有限、電池化學(xué)試液泄漏等問(wèn)題。因此，本發(fā)明能夠利用人體內(nèi)生物能發(fā)電的電池來(lái)解決血栗供能問(wèn)題。
[0003]生物燃料電池是一項(xiàng)新能源技術(shù)，是利用酶或者微生物組織作為催化劑，將有機(jī)物如乙醇、葡萄糖等物質(zhì)的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的裝置。目前按照催化劑的形式不同可以分為酶生物燃料電池和微生物燃料電池，但究其催化本質(zhì)，微生物燃料電池的微生物催化的本質(zhì)也是利用微生物體內(nèi)的酶進(jìn)行催化，因此，可以說(shuō)兩種電池的催化本質(zhì)沒(méi)有實(shí)質(zhì)性的區(qū)別，都是利用酶來(lái)催化電極反應(yīng)，所以酶生物燃料電池可以作為主要研究方向。葡萄糖是比較常見(jiàn)的單糖，在人體組織液內(nèi)存在，并且人體恒溫和酸堿度條件，也正適合葡萄糖酶保持較高的生物活性，可用葡萄糖氧化酶作電池陽(yáng)極催化劑，電池陰極催化劑一般選用鉑等貴重金屬作催化劑，基于葡萄糖酶和鉑基作催化劑制成的電極在生物燃料電池領(lǐng)域較為常見(jiàn)。
[0004]目前植入式血栗是外接電池提供能量，血栗的驅(qū)動(dòng)電源線需要穿過(guò)人體皮膚，在手術(shù)后容易引發(fā)感染，該發(fā)明是利用人體內(nèi)形成的生物燃料電池為血栗供能，從而實(shí)現(xiàn)人體內(nèi)血栗的自供能。
[0005]申請(qǐng)?zhí)枮?01110279369.7的專利文獻(xiàn)“一種可植入人體結(jié)腸內(nèi)形成微生物燃料電池的裝置”，利用腸道微生物和內(nèi)容物產(chǎn)電，介紹了一種微生物燃料電池系統(tǒng)。申請(qǐng)?zhí)枮?01210560699.8 “酶生物燃料電池電極及在制備雙室酶生物燃料電池中的應(yīng)用”介紹了酶生物生物燃料電池電極的應(yīng)用及制備，闡明了葡萄糖生物燃料電池的可行性和穩(wěn)定性。申請(qǐng)?zhí)?01410706730.3“一種紙基自供能生物傳感器的制備方法及應(yīng)用”，將生物燃料電池引入到三維中空微流紙芯片上，利用生物燃料電池產(chǎn)生的電信號(hào)，擺脫對(duì)外部供能設(shè)備的限制，實(shí)現(xiàn)檢測(cè)系統(tǒng)的自供能。這些發(fā)明專利的共同點(diǎn)都說(shuō)明了利用生物燃料電池電能的可行性，即可以實(shí)現(xiàn)對(duì)負(fù)載供能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是:提出一種自給能源血栗，該自給能源血栗是基于植入人體皮下組織的生物燃料電池供電，血栗的電源線無(wú)需穿過(guò)人體皮膚，解決電源線穿過(guò)人體皮膚引起的感染問(wèn)題。利用生物燃料電池技術(shù)解決血栗供能問(wèn)題，利用人體內(nèi)葡萄糖和氧氣等反應(yīng)底物持續(xù)更新的特點(diǎn)，生物燃料電池可以持續(xù)穩(wěn)定的產(chǎn)生電能，具有較好的生物相容性和持久性。
[0007]本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題采用以下的技術(shù)方案:
[0008]本發(fā)明提供的自給能源血栗，其利用內(nèi)置于人體內(nèi)的生物燃料電池為植入人體內(nèi)的血栗供電，血栗無(wú)需外接電源，只需要利用人體內(nèi)組織液自動(dòng)更新的特點(diǎn)連續(xù)產(chǎn)生電能供電，實(shí)現(xiàn)血栗的自供電能，以及消除因外接電源引線穿過(guò)皮膚所引起的感染。
[0009]所述的血栗和生物燃料電池，其電源線無(wú)需穿過(guò)皮膚直接在人體內(nèi)通過(guò)供電電源線相連，血栗的進(jìn)、出口端各通過(guò)一條人造血管分別與人體心臟的心室、大動(dòng)脈相連。
[0010]所述的生物燃料電池采用多層結(jié)構(gòu)的電極體，由依次排列的陰極、陰極催化層、質(zhì)子交換膜、陽(yáng)極催化層和陽(yáng)極組成，該電極體產(chǎn)生的電能通過(guò)兩條供電電源線引出，該兩條供電電源線分別與血栗的供電電源相連。
[0011]所述的多層結(jié)構(gòu)的電極體，其利用人體組織液中的葡萄糖和氧氣產(chǎn)電，利用人體組織液的生理特點(diǎn)實(shí)現(xiàn)電化學(xué)反應(yīng)底物的自動(dòng)更新，電化學(xué)反應(yīng)后的副產(chǎn)物是對(duì)人體無(wú)毒副作用的二氧化碳和水。
[0012]所述的陰極是生物燃料電池的氧氣電極，主要是利用人體組織液中的溶解氧，該氧氣電極是一種由生物相容性和導(dǎo)電性良好的多孔鉑碳納米合金材料制成的鉑碳電極。
[0013]所述的陽(yáng)極是生物燃料電池的燃料電極，由多孔材料包括多孔碳、碳?xì)?、碳紙或碳纖維材料制成。
[0014]所述的質(zhì)子交換膜，采用柔軟、質(zhì)子可以透過(guò)的包括全氟磺酸類材料制成，通過(guò)熱壓的方法，將質(zhì)子交換膜置于陽(yáng)極和陰極的中間。
[0015]所述的陽(yáng)極和陰極，其支撐層采用多孔碳布制成。
[0016]本發(fā)明提供的上述的自給能源血栗，其使用時(shí)，采用多個(gè)生物燃料電池串聯(lián)或者并聯(lián)方式供電。
[0017]本發(fā)明是基于生物燃料電池技術(shù)，目的在于將生物燃料電池植入人體，利用人體組織液中的葡萄糖和氧氣產(chǎn)電，解決人體內(nèi)植入式血栗依靠外接電源供電能的問(wèn)題。在人體皮下組織的生物燃料電池可以直接為血栗供電，供電引線不需要穿透人體皮膚，可以降低患者的術(shù)后感染風(fēng)險(xiǎn)，提尚患者生活品質(zhì)。
[0018]自給能源血栗在人體植入，血栗的進(jìn)出口通過(guò)生物相容性好、化學(xué)性能穩(wěn)定的材料(如聚四氟乙烯)與人造血管相連，人造血管再與左心室和大動(dòng)脈相連。生物燃料電池安裝在人體腹部皮下組織，生物燃料電池的正負(fù)極與血栗的電源線相連。
[0019]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下主要的優(yōu)點(diǎn):
[0020]1.目前大部分植入植入人體的微型醫(yī)療設(shè)備采用內(nèi)置電池供電，鋰電池壽命有限，更換需要再次手術(shù)，本發(fā)明的自給能源血栗采用生物燃料電池供電，使用壽命長(zhǎng)，無(wú)需更換；
[0021]2.目前的植入式血栗是采用外接電源，通過(guò)手術(shù)將血栗供電電源線穿過(guò)人體皮膚，患者將電池背在身上，通過(guò)外接電池為血栗供電。本發(fā)明無(wú)需外部電源供電，是將生物燃料電池內(nèi)置在人體皮下組織，無(wú)需穿過(guò)皮膚，可以消除導(dǎo)線穿過(guò)皮膚引起的感染；
[0022]3.根據(jù)本發(fā)明公開(kāi)內(nèi)容為自給能源血栗供電的生物燃料電池可選用多個(gè)電池發(fā)電體串聯(lián)或并聯(lián)，多個(gè)生物燃料電池串聯(lián)和并聯(lián)可以電池的輸出功率和電流；陽(yáng)極使用導(dǎo)電性、穩(wěn)定性和生物相容性良好的材料制成，如多孔碳紙、碳布和無(wú)紡布等，葡萄糖氧化酶涂覆在電極表面；陰極可用多孔碳、碳布和無(wú)紡布，表面需要固化金屬鉑，一般這樣的鉑以鉑碳混合粉末形式存在，考慮到固化在碳基材料表層的的鉑碳催化劑脫落，可考慮選用鉑碳納米材料，直接實(shí)現(xiàn)對(duì)反應(yīng)的催化。陽(yáng)極和陰極間用質(zhì)子交換膜隔開(kāi)，防止電極間直接接觸短路。
【附圖說(shuō)明】
[0023]圖1是自給能源血栗在人體內(nèi)示意圖。
[0024]圖2是生物燃料電池在工作原理示意圖。
[0025]圖3是生物燃料電池的串聯(lián)示意圖。
[0026]圖4是生物燃料電池的并聯(lián)示意