CN104740714B - 植入式自供能胰岛素泵 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种植入式自供能胰岛素泵，包括血糖监测部、注射胰岛素的注射泵、输注导管、控制部以及发电部。发电部包括发电主体、输出单元、电能存储单元、固定单元以及封装层。其中，发电主体为多层薄膜结构，包括位于发电主体中心的压电材料层，以及位于压电材料层两侧的电极层，所述发电主体通过贴附于心脏表面以采集心脏能量用于产生电能。输出单元与电极层相连接，将发电主体产生的电流输出给电能存储单元。固定单元位于发电主体的边缘，用于将发电主体固定于心外膜。封装层覆盖于发电主体、输出单元、电能存储单元以及固定单元的表面。本发明的植入式自供能胰岛素泵无需更换电池，可以终身使用。

Description

植入式自供能胰岛素泵
技术领域
本发明涉及一种植入式胰岛素泵，属于医疗器械领域。
背景技术
糖尿病是中老年患者的常见病和多发病，作为一种终身性疾病，目前尚缺少彻底根治的治疗手段。对于严重的糖尿病患者，通常需要采取强化胰岛素治疗。由于强化治疗需要每日3次甚至更多次的注射胰岛素，大大增加了发生低血糖的风险和体重上升的可能性。
近年来研发或临床试验中的植入式胰岛素泵有利于持续、平稳的控制血糖，并减少糖尿病相关的并发症。然而，植入式胰岛素泵作为一种体内植入的电子设备，需要持续的电能供应。而现有的微型电池的供电时间普遍较短，植入后一旦电池能量耗竭，就需要再次手术更换电池。这既会给患者造成生理上的痛苦以及心理上的恐惧和焦虑，还会增加患者及其家庭的经济负担。
在人体内部，心脏的收缩运动和血液的流动都具有稳定和不间断的动能。如果能够采集其中一小部分动能并转化为电能，将有望成为植入式胰岛素泵的理想能量来源。然而，由于心脏是人体的“发动机”，不恰当的采集心脏动能必然会影响心脏的功能，甚至导致心脏损伤。此外，传统的基于法拉第定律的电磁感应式发电机体积较大、结构复杂，不适合体内植入。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供一种植入式自供能胰岛素泵，其特征在于，包括血糖监测部、注射胰岛素的注射泵、输注导管、控制部以及发电部。发电部包括包括发电主体、输出单元、电能存储单元、固定单元以及封装层。其中，发电主体为多层薄膜结构，包括位于发电主体中心的压电材料层，以及位于压电材料层两侧的电极层，所述发电主体通过贴附于心脏表面以采集心脏能量用于产生电能。输出单元与电极层相连接，用于将发电主体产生的电流输出给电能存储单元。电能存储单元用于存储电能并为血糖监测部、注射泵以及信号发射部供电。固定单元位于发电主体的边缘，用于将发电主体固定于心外膜。封装层覆盖于发电主体、输出单元、电能存储单元以及固定单元的表面。
另外，在本发明的植入式自供能胰岛素泵中，还可以具有这样的特征：其中，发电主体的形状为四边形，固定单元位于四边形的两条窄边的中间。
另外，在本发明的植入式自供能胰岛素泵中，还可以具有这样的特征：其中，发电主体的形状为三角形，固定单元位于三角形的三个顶点。
另外，在本发明的植入式自供能胰岛素泵中，还可以具有这样的特征：其中，发电主体的形状为长圆形。
另外，在本发明的植入式自供能胰岛素泵中，还可以具有这样的特征：其中，压电材料层含有纳米级压电材料，纳米级压电材料为压电晶体、压电陶瓷和有机压电聚合物中的任意一种。
另外，在本发明的植入式自供能胰岛素泵中，还可以具有这样的特征：其中，压电晶体为至少一层氧化锌纳米线阵列。
另外，在本发明的植入式自供能胰岛素泵中，还可以具有这样的特征：其中，压电晶体、压电陶瓷、有机压电聚合物可以为纳米级压电材料的单层或多层结构。
另外，在本发明的植入式自供能胰岛素泵中，还可以具有这样的特征：其中，输出单元具有输出电极和整流滤波电路。
另外，在本发明的植入式自供能胰岛素泵中，还可以具有这样的特征：其中，封装层以生物相容性好的柔性高分子绝缘材料作为封装材料。
发明的作用与效果
根据本发明的植入式自供能胰岛素泵，由于发电主体直接贴附于心脏表面，因此能够有效的将心脏的收缩与舒张使纳米级压电材料发生形变，从而转化为电能。因此只要心脏跳动，本发明即可利用患者自身的生物能而提供电能，免去了使用电池作为电源的必要，解决了电池能量耗竭后需要手术更换电池的问题。
另外，由于本发明的发电主体采用点固定的方式将发电***固定于心外膜，一方面能够有效的采集心脏运动产生的能量，另一方面也不会对心脏的收缩和舒张运动产生明显的影响。
由于本发明采用纳米级压电材料作为发电主体，不仅可以有效地将体内的生物能转化为电能，而且体积微小，更适合体内植入。
此外，由于本发明采用生物相容性好的柔性高分子绝缘材料封装，因此既能将发电主体与体内环境隔离，还可将心脏形变产生的压力有效的传导至压电材料。
并且，由于本发明的发电主***于心脏外部，不与血液直接接触，因而不存在血栓形成以及中风（心肌梗塞或脑梗塞）的风险。
附图说明
图1是本发明实施例一的植入式自供能胰岛素泵的发电主体为四边形的示意图；
图2是本发明实施例一的植入式自供能胰岛素泵的发电主体的局部截面图；
图3是本发明实施例二的植入式自供能胰岛素泵的发电主体为三角形的示意图；
图4是本发明变形例的发电主体为长圆形的示意图；以及
图5是本发明实施例的电路图。
具体实施方式
以下结合附图来说明本发明植入式自供能胰岛素泵的具体实施方式，
<实施例一>
图1是实施例1中植入式自供能胰岛素泵的发电主体为四边形的示意图，如图1所示，植入式自供能胰岛素泵20具有发电部200、包括用于监测血糖的监测部173、用于向人体内注射胰岛素的注射泵17、与注射泵连接的输注导管171、用于将信号无线传输给体外的接收装置的信号发射部172、用于接收信号的信号接收部（图中未显示）以及控制以上各部分的控制部18。其中，发电部200包括发电主体21、输出单元、电能存储单元16、固定单元22以及封装层。发电主体21为矩形，在矩形的两条窄边上各具有一个固定单元22，用于将发电主体21以长轴方向沿着心脏收缩的方向固定于心外膜上。植入发电主体时，通过外科手术的方式显露出心脏，将发电主体沿着心脏收缩的方向设置并将固定部缝合在心外膜上，使得发电主体与心外膜相贴合，此时发电主体会随着心脏的跳动产生形变。
固定单元22由封装层延伸后形成，并且固定单元22的内部没有电极或压电材料等发电结构，因此在使用缝线固定时不会破坏发电主体21的发电结构。发电主体21除了以固定单元22固定之外其余部分并不固定，以利于在心脏收缩的过程中使得发电主体21能够更好的发生形变。由于发电主体采用了矩形，并且安装方向与心脏收缩的方向一致，因此可以很好的采集心脏收缩产生的机械能。
输出电极14用于将发电主体21产生的电能输出给电能存储单元16，在电能存储单元16之前还具有整流滤波电路15，用于对输出电极14输出的电流进行整流滤波。电能存储单元16为控制部18和植入式自供能胰岛素泵17以及信号发射部172供电。当血糖监测部173感受到体内的血糖值高于阈值时，控制部18会控制注射泵17通过输注导管171向血液中输入适量的胰岛素，同时，信号发射部172会将体内的血糖信息和植入式自供能胰岛素泵的工作状态输出给放置于体外的信号接收部（图中未显示）进行显示和记录。
图2是本发明实施例的植入式自供能胰岛素泵的发电主体部分的截面图，如图2所示，发电主体21为多层薄膜结构，它的中心层为压电材料层31，压电材料层31由ZnO纳米线阵列组成，压电材料层31的两侧分别为电极层32和电极层33，电极层32和电极层33分别与输出电极14相连接（图中未显示）。封装层34位于电极层32和电极层33的外侧，封装层34具有良好的绝缘性和生物相容性。
图5是本发明实施例的电路图，如图5所示，发电主体21与整流滤波电路15相连接，发电主体21产生的电能经过整流滤波电路15后对电能存储单元16进行充电，电能存储单元16用于为用电器即本实施例中的监测部、注射泵和信号发射部供电。
<实施例二>
图3是本发明实施例的发电部为三角形的植入式自供能胰岛素泵示意图，如图3所示，本发明的植入式自供能胰岛素泵11的发电主体12为三角形，三角形的每个顶点位置均具有一个固定单元13，输出电极14与电极层（见图2）相连接，整流滤波电路15与输出电极14相连接，电能存储单元16连接于整流滤波电路15之后用于存储发电主体12产生的电能。
发电主体12的形状为三角形，在将其安装于心外膜上时，利用位于三角形三个顶点上的固定单元13将发电主体12固定于心外膜上。其中，三角形的一个顶点指向心尖，其余两个顶点的连线与心脏收缩的方向平行。而发电主体12的三角形的各个边并不固定，这样既不会限制心脏的收缩和舒张，还有助于压电材料层随着心脏的运动发生形变从而产生电能。
发电主体12制作成三角形的优点在于能够更多的采集心脏跳动的能量，这是因为在心脏跳动的过程中不仅有横向的收缩和舒张，也有纵向的收缩和舒张，当采用三角形的形状时，三角形的一个顶点设置为向着心尖的方向，而另外两个顶点设置为与心脏横向收缩的方向相平行，这样不论是心脏横向收缩是纵向收缩，均能够带动发电主体12变形。因此三角形的形状比四边形的形状能够更多的利用心脏跳动产生的能量。
固定单元13由封装层在相应的位置延展而形成，固定单元13的内部不含有压电材料和电极材料，因此可以避免在缝合时损伤压电材料层和电极层。
<变形例>
本变形例与实施例一相比，除了发电主体的形状为长圆形以外，其它的设置均相同。如图4所示，发电主体42的形状为长圆形，在长圆形的两个顶点处具有固定单元41，发电主体42的形状为长圆形的优点在于没有尖锐的边角，有助于减小损伤心脏的机率。
当然，本发明的植入式自供能胰岛素泵的发电主体的形状可以为多种形状，不仅限于上述两个实施例中的三角形、四边形和长圆形。

Claims (9)

1.一种植入式自供能胰岛素泵，其特征在于，包括：
血糖监测部；
注射胰岛素的注射泵；
与注射泵连接的输注导管；
用于将信号无线传输给体外的接收装置的信号发射部；
用于接收信号的信号接收部；
控制部；以及
为所述血糖监测部、所述注射泵供电的发电部，
其中，所述发电部包括发电主体、输出单元、电能存储单元、固定单元以及封装层，
所述发电主体为多层薄膜结构，包括位于所述发电主体中心的压电材料层，以及位于压电材料层两侧的电极层，所述发电主体直接贴附于心脏表面以采集心脏能量用于产生电能，
所述输出单元与所述电极层相连接，用于将发电主体产生的电流输出给所述电能存储单元，
所述电能存储单元用于存储电能并为所述血糖监测部、所述注射泵以及所述信号发射部供电，
所述固定单元位于所述发电主体的边缘，用于将发电主体沿着心脏收缩的方向固定贴合于心外膜，
所述封装层覆盖于所述发电主体、所述输出单元、所述电能存储单元以及所述固定单元的表面。
2.如权利要求1所述的植入式自供能胰岛素泵，其特征在于：
其中，所述发电主体的形状为四边形，所述固定单元位于四边形的两条窄边的中间使所述发电主体以长轴方向沿着所述心脏收缩的方向固定贴合于所述心外膜。
3.如权利要求1所述的植入式自供能胰岛素泵，其特征在于：
其中，所述发电主体的形状为三角形，所述固定单元位于三角形的三个顶点使所述发电主体的两个顶点与心脏横向收缩的方向相平行地贴合于所述心外膜。
4.如权利要求1所述的植入式自供能胰岛素泵，其特征在于：
其中，所述发电主体的形状为长圆形，所述固定单元位于该长圆形的两个顶点使所述发电主体以长轴方向沿着所述心脏收缩的方向固定贴合于所述心外膜。
5.如权利要求1所述的植入式自供能胰岛素泵，其特征在于：
其中，所述压电材料层含有纳米级压电材料，所述纳米级压电材料为压电晶体、压电陶瓷和有机压电聚合物中的任意一种。
6.如权利要求5所述的植入式自供能胰岛素泵，其特征在于：
其中，所述压电晶体为至少一层氧化锌纳米线阵列。
7.如权利要求5所述的植入式自供能胰岛素泵，其特征在于：
其中，所述压电晶体、压电陶瓷、有机压电聚合物可以为纳米级压电材料的单层或多层结构。
8.如权利要求1所述的植入式自供能胰岛素泵，其特征在于：
其中，输出单元具有输出电极和整流滤波电路。
9.如权利要求1所述的植入式自供能胰岛素泵，其特征在于：
其中，所述封装层以生物相容性好的柔性高分子绝缘材料作为封装材料。
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