瑞士最新研究：心臟起搏器有望利用太陽能供電

導讀

對於植入式醫療設備來說，更換電池十分麻煩。但是，瑞士研究人員發現一塊3.6平方厘米的太陽能電池，從冬季到夏季，都能為心臟起搏器供給足夠的能量。所以，未來使用位於皮膚下的太陽能電池，持續地給植入式醫療設備供電，根據研究表明就有現實可行性。

簡介

隨著達沃斯世界經濟論壇的開幕，瑞士又一次吸引了全世界的關注。瑞士是全球公認的「創新」的國度。之前，我也多次介紹來自瑞士的創新成果。

然而，這項醫療植入物太陽能電池研究的意義在於：對於太陽能電池給心臟起搏器和深度腦刺激器供給能量，首次獲取了真實數據。

文章的首作者、瑞士伯爾尼大學醫院和伯爾尼大學的Lukas Bereuter 認為，這種穿戴在皮膚下方的太陽能電池，有望使病人們未來無需持續更換植入式醫療設備的電池。這項研究發表在普林格出版的《生物醫學工程紀事》雜誌上。

背景

目前，許多電子植入式設備都是電池供電的，所以它們的使用壽命和尺寸都受限於電池容量。一旦電池能量耗盡，這些設備必須接受充電或則更換。

然而，在這種情況下，病人們必須接受植入物替換手術，這樣首先會增加開銷，其次也會給病人帶來巨大心理壓力，同事病人也要承受醫療併發症的風險。同樣，使用一般的電池，同樣也會影響植入設備的尺寸和性能。

最近，許多科研小組都在展開可部署在皮下的小型太陽能電池的研究。這些電池可用於醫療設備充電，它們可以吸收穿透皮膚的太陽光線，將其轉化為電能。

實驗

為了調查這種太陽能電池的現實可行性，Bereuter 和他的同事們一起精心設計了一種太陽能電池輸出功率測量設備，長時間持續測量相關功率值。以下是該測量裝置的剖視圖：

（圖片來源於：Lukas Bereuter）

對於該圖的解釋如下：

（1）表示的太陽能單元位於（2）表示的光學濾波器的下方。更進一步的所，PCB（3）單元和電池（5）處於封裝在盒子（4）裡面。

該太陽電池上面覆蓋光學濾波器，光學濾波器用於模仿皮膚的特性。進一步來說，研究人員可以研究太陽光穿透皮膚所帶來的一些列影響。32名來自瑞士的志願者參與了測試，在夏季、秋季、冬季，穿戴該設備各一周。

（圖片來源於：Lukas Bereuter）

結論

實驗結果表明，無論在哪個季節，實驗表明這些小太陽能電池產生的能量，都超過一個心臟起搏器所需要的5到10微瓦的能量。志願者當中最低的平均輸出功率也達到12微瓦。

Bereuter 認為：

「總體來說，太陽能電池獲取的能量足以滿足心臟起搏器的需求，或者說至少延長其他有源植入性醫療設備的使用壽命。通過使用例如太陽能採集設備，給植入式醫療設備供電，可避免更換設備，且設備的尺寸可以顯著降低。」

參考資料

【1】L. Bereuter, S. Williner, F. Pianezzi, B. Bissig, S. Buecheler, J. Burger, R. Vogel, A. Zurbuchen, A. Haeberlin.Energy Harvesting by Subcutaneous Solar Cells: A Long-Term Study on Achievable Energy Output. Annals of Biomedical Engineering, 2017; DOI: 10.1007/s10439-016-1774-4

【2】http://www.springer.com/gp/about-springer/media/research-news/the-beating-heart-of-solar-energy/11952482