双能量收集设备可以为未来的医疗植入物提供动力
起搏器、胰岛素泵和神经刺激器等植入式生物医学设备正在变得越来越小，并利用技术，但为下一代植入物提供动力仍然存在障碍。研究人员表示，宾夕法尼亚州立大学科学家开发的一种新型充电设备可以显着提高植入物的供电能力，同时仍然对我们的身体安全。
科学家们在《能源与环境科学》杂志上报道说，这种新设备可以同时从磁场和超声波源收集能量，将这种能量转化为电能，为植入物提供动力 。研究小组表示，这是第一个同时高效收集这些双能源的设备，并且在人体组织的安全限度内运行。
宾夕法尼亚州立大学材料科学与工程系研究教授 Bed Poudel 表示：“我们的设备可能会开启下一代生物医学应用，因为它可以产生比当前最先进设备高 300% 的功率。” -该研究的作者。“通过将两种能源结合在一个发电机中，可以显着提高给定体积的设备产生的电力，这可以解锁许多以前不可能的应用。”
利用这项技术，无电池生物电子设备可以小型化至毫米尺寸，使其易于植入，并允许传感器和执行器的分布式网络测量和操纵整个身体的生理活动。科学家们表示，这将使精确和适应性的生物电子疗法成为可能，并且风险或对日常活动的干扰最小。
起搏器等更传统的植入物通常由电池供电并使用电缆充电。但电池的使用寿命有限，可能需要进行手术来更换电池，从而存在感染或其他医疗并发症的风险。
科学家表示，通过方式为植入物充电或直接供电可以延长其使用寿命。但随着植入物的不断缩小，用于手机和电动汽车的传统充电技术可能并不理想。
宾夕法尼亚州立大学电气工程副教授、该研究的合著者迈赫迪·基亚尼 (Mehdi Kiani) 表示：“问题在于，当你通过让这些植入物变得越来越小来降低侵入性时，充电的效率就会变得越来越低。” “要解决这个问题，你需要增加力量。但问题是高频电磁波可能对身体有害。”
研究人员表示，在较低频率下工作的磁场和超声波能量是供电或充电植入物的有吸引力的选择。科学家们表示，其他科学家之前的工作重点是创造能够收集这些能源之一的设备，但不能同时收集。然而，这种单一来源的方法可能无法提供足够的电力来为未来较小的医疗植入物充电。
“现在我们可以将两种模式结合在一个接收器中，”宾夕法尼亚州立大学材料科学与工程系博士后学者、该论文的主要作者苏曼塔·库马尔·卡兰(Sumanta Kumar Karan)说。“这可以超越任何一种单独的模式，因为我们现在有两种能源。我们可以将功率提高四倍，这非常重要。”
这些设备采用两步过程将磁场能量转换为电能。一层是磁致伸缩层，将磁场转化为应力，另一层是压电层，将应力或振动转化为电场。这种组合使得该设备能够将磁场转化为电流。
研究人员表示，压电层还可以同时将超声波能量转化为电流。
Poudel 说：“我们将这些能源结合在同一个占地面积中，我们可以产生足够的电力，用于完成下一代植入物需要做的事情。” “而且我们可以在不损伤组织的情况下做到这一点。”
技术还对智能建筑中传感器网络等设备的供电产生影响。科学家们表示，这些网络的作用包括监控能源和运行模式，并利用这些信息来远程调整控制系统。
其他做出贡献的宾夕法尼亚州立大学研究人员包括兽医和生物医学科学系教授安德鲁·帕特森 (Andrew Patterson);Anitha Vijay，研究技术专家;Sujay Hosur，博士研究生。宾夕法尼亚州立大学前助理研究教授 Kai Wang 和 Rammohan Sriramdas 以及明尼苏达大学研究副校长、宾夕法尼亚州立大学前教授 Shashank Priya 也做出了贡献。
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