CN104739578A - 生物能电子视网膜 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种可植入生物体内的生物能电子视网膜，具有感光部，信号处理部以及刺激电极，其特征在于，还包括：发电部，发电部包括发电主体、调节端、输出电极、封装层以及电能存储部。其中，发电主体用于环绕主动脉。发电主体为多层薄膜结构，包括位于中心层的纳米压电材料层，以及分别位于纳米压电材料层两侧的第一电极层和第二电极层。封装层覆盖于发电主体、调节端、输出电极以及电能存储单元的表面。调节端位于发电主体的两端，用于调节发电主体的长度。输出电极用于将电能输送给电能存储部。电能存储部用于存储电能并为信号处理部供电。本发明的生物能电子视网膜可以终身使用而无需更换电池。

Description

生物能电子视网膜

技术领域

本发明涉及一种生物能电子视网膜，属于医疗器械领域。

背景技术

造成人类失去视力的眼部病变有多种，如果是由晶状体引发的视力缺失可以通过手术置换新的晶状体来达到恢复视力的目的，但是，如果是由视网膜病变造成的视力下降甚至眼盲，单纯的外科手术就无能为力了。在这种情况下，如果患者仅仅是视网膜发生了病变，而视神经仍然完好的话，可以通过植入电子视网膜来达到提高视力的目的。目前进入临床实验阶段的电子视网膜通常具有感光部分，微处理器和刺激电极。由于电子视网膜需要植入人的眼部，位置特殊，因此其供电装置的选择要十分谨慎。现有的供电装置是在头部的皮下放置接收线圈，通过外界的供电线圈对其进行无线供电，这种方法的问题是供电时间长了之后线圈会发热。另外，即使在人体内部设置了充电电池用于保存线圈的电能，也同样需要每隔一段时间进行一次充电，这对于盲人来说十分不便。

发明内容

为解决上述问题，本发明采用了如下结构：

本发明提供一种生物能电子视网膜，具有感光部，用于感受外界光线，信号处理部，用于将感光部的光信号转换为电信号，以及刺激电极，用于利用感光部产生的电信号刺激视神经，其特征在于，还包括：发电部，发电部包括发电主体、调节端、输出电极、电能存储单元以及封装层。其中，发电主体用于包绕主动脉，以采集主动脉扩张时所产生的机械能，并转化为电能。发电主体为多层薄膜结构，包括位于中心层的压电材料层，以及分别位于压电材料层两侧的第一电极层和第二电极层。调节端位于发电主体的两端，用于调节发电主体的长度。输出电极用于将电能输送给电能存储单元。电能存储单元用于存储电能并为信号处理部供电。封装层覆盖于发电主体、调节端、输出电极以及电能存储单元的表面。

另外，本发明的生物能电子视网膜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，本发明的生物能电子视网膜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，本发明的生物能电子视网膜还可以具有这样的特征：其中，所述电能存储部为微型可充电电池或电容。

另外，本发明的生物能电子视网膜还可以具有这样的特征：还包括，整流滤波电路，连接于电能存储单元和输出电极之间。

另外，本发明的生物能电子视网膜还可以具有这样的特征：其中，调节端的固定方式使用手术线缝合、钛夹钳夹或粘合剂粘合中的任意一种。

另外，本发明的生物能电子视网膜还可以具有这样的特征：其中，调节端的一端为单排的卡齿，该卡齿的尖端平滑且面向发电主体的外侧，调节端的另一端为卡槽，卡槽的内部一侧具有与卡齿相配合的齿槽，另一侧为平面，卡齿与卡槽相卡合。

另外，本发明的生物能电子视网膜还可以具有这样的特征：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。

另外，本发明的生物能电子视网膜还可以具有这样的特征：发电部对主动脉的压力小于140mmHg。

发明作用与效果

本发明的生物能电子视网膜，通过植入纳米级压电材料以采集主动脉扩张时所产生的能量并转化为电能，作为其能量来源。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。

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。

由于本发明采用了柔软的环形结构包绕于主动脉的外壁，且能够定量控制本系统对主动脉的压力，因此既可以高效、充分的采集主动脉扩张时所产生的机械能，又不会对心脏功能产生明显影响。

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，还可将主动脉壁形变产生的压力有效的传导至压电材料。

此外，利用发电主体两端的调节端可调整发电主体包绕主动脉的紧张度，从而可调节压电材料的形变程度及输出电量。又由于调节端内不含压电材料及电极层，因此使用手术缝线或钛夹固定时不会损坏发电主体的结构。

并且，由于本发明的发电主体位于主动脉外部，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生物能电子视网膜的示意图；

图2是本发明实施例一的发电主体的示意图；

图3是本发明实施例一的发电主体的内部结构剖面图；

图4是图3中发电主体A区域的局部放大图；

图5是本发明实施例一中发电主体安装于主动脉上的截面图；

图6是本发明实施例四中调节端为卡齿结构的示意图；

图7是本发明实施例一的电路图；以及

图8是本发明实施例一的感光部和刺激电极植入眼球内的示意图。

具体实施方式

以下根据附图说明本发明的具体实施方式，

<实施例一>

图1是本发明实施例一的生物能电子视网膜的示意图。如图1所示，生物能电子视网膜100包括感光部161、信号处理部162、刺激电极163以及发电部200，发电部200包括发电主体11、整流滤波电路14、输出电极12和电能存储单元13。发电主体11为有弹性的环形结构，能够环绕于主动脉18的周围，发电主体11内部具有纳米级压电材料，因此可以利用主动脉的扩张产生电能。发电主体11的输出电极12后面连接了整流滤波电路14，使得发电主体11输出的电能变得稳定。电能存储单元13连接于整流滤波电路14之后，用于将电能储存起来，并通过导线15供给生物能电子视网膜的信号处理部162和刺激电极163使用。当心脏17跳动时，主动脉18的外壁由于血流的周期性的压力而收缩和舒张，从而周期性的对发电主体11产生压力。

图2是本发明实施例的发电主体的示意图，图3是本发明实施例的发电主体的剖面图，如图2所示，发电主体11的初始状态为开环的形状，在环形开口的两端各具有一个调节端23，当安装在主动脉外壁时需要将两个调节端连接在一起。在发电主体11和调节端23的外表面覆盖有封装层22。发电主体上具有两根输出电极12，用于将发电主体产生的电能输出。

图3是本发明实施例的发电主体的内部结构剖面图，如图3所示，发电主体11的内部为多层薄膜结构，包括位于主体中心层的纳米级压电材料111，以及分别位于纳米级压电材料111两侧的第一电极层112和第二电极层113。封装层22采用具有生物相容性的柔性高分子绝缘材料，覆盖于发电主体11以及输出电极12的表面，并向发电主体11的外侧延伸形成两侧各一个调节端23。

图4是图3中发电主体A区域的局部放大图，如图4所示，位于发电主体11中心层的纳米级压电材料111，为大规模并联设计的纳米线阵列结构，可有效提高输出电压。第一电极层112和第二电极层113采用金或银等导电率高的薄层材料制成，与纳米级压电材料111相连接。

在体内植入时，可以通过外科手术的方法将发电主体11植入到主动脉周围并包绕主动脉。再通过调整调节端23使得发电主体11与主动脉的外壁紧密贴合，以采集主动脉形变所产生的能量。

对主动脉的过度压迫可能会增加心脏的工作负荷，因此可以在发电主体11与主动脉壁之间临时放置压力传感器以测定发电主体11对主动脉的压力，避免其对心脏产生不良的影响。

由于调节端23的内部不含有压电材料层和电极层，因此当使用手术缝线或钛夹将调节端23的两侧闭合时，不会对发电主体11造成损害。

图5是本发明实施例中发电主体安装于主动脉上的截面图，图8是本发明实施例一的感光部和刺激电极植入眼球内的示意图。以下结合图1、图5和图8来说明本发明的生物能电子视网膜的工作过程。生物能电子视网膜的感光部161、信号处理部162与刺激电极163制成一个整体的结构，如图8所示，感光部161信号处理部162和刺激电极163植入患者视网膜位置，刺激电极163与患者仍有功能的视神经连接，感光部代替视网膜对外界光线进行收集，并将外界光线转化为电信号传送结信号处理部162，信号处理部162对这些电信号进行处理，并控制刺激电极163向视神经发送电信号，刺激电极有多个，其数量尽可能与患者仍有正常功能的视神经相对应。

当心脏17收缩时，血流的冲击使主动脉18发生扩张，如图5所示，主动脉壁45会产生一个对发电主体11的压力F，使压电材料层111发生形变，从而在其两端形成电势差并产生电流，电流通过第一电极层112和第二电极层113传导至输出电极12，再通过整流滤波电路14后进入电能存储单元13。电能存储单元13再将电能供应给信号处理部162。信号处理部162将感光部161得到的信号进行处理，并利用刺激电极163对视神经进行刺激，从而使患者产生视觉。

图7是本发明实施例的电路图，如图7所示，发电主体11与整流滤波电路14相连接，发电主体11产生的电能经过整流滤波电路14后对电能存储单元13进行充电，电能存储单元13用于为用电器即本实施例中的信号处理部进行供电。

<实施例二>

在本实施例中，发电主体11的形状以及调节端23的设置与实施例1中相同，区别之处在于本实施例中，发电主体的压电材料层采用纳米级压电陶瓷材料。

另外一个区别之处在于，本实施例中调节端23采用钛夹固定。

<实施例三>

在本实施例中，发电主体的形状以及调节端的设置与实施例1中相同，区别之处在于本实施例中，发电主体的压电材料层采用压电聚合物，并且调节端采用粘合剂粘合的方式进行固定。

<实施例四>

在本实施例中，发电主体的形状以及调节端的设置与实施例1中相同，区别之处在于本实施例中，如图6所示，调节端61的一端为单排的卡齿，齿尖平滑且面向发电主体的外侧，以防止齿尖损伤心脏或主动脉等人体组织。调节端61的另一端为卡槽，卡槽的内部一侧具有与卡齿相配合的齿槽，另一侧为平面。当将发电部固定于主动脉外壁时，缓慢的将卡齿插入卡槽，同时使用微型压力传感器检测发电主体对主动脉外壁的压力，缓慢收紧卡齿，直到该压力达到120mmHg-140mmHg。

当然本发明的生物能电子视网膜并不限于以上实施例中所描述的设计，其压电材料层、电极层以封装层均可以采用各种现有的适宜材料制成。

Claims (9)

1.一种生物能电子视网膜，其特征在于，包括：

感光部，用于感受外界光线；

信号处理部，用于将感光部的光信号转换为电信号；

刺激电极，用于利用感光部产生的电信号刺激视神经；以及

发电部，用于为所述信号处理部和所述刺激电极供电，

其中，所述发电部包括发电主体、调节端、输出电极、电能存储单元以及封装层，

所述发电主体用于包绕主动脉，以采集主动脉扩张时所产生的机械能，并转化为电能，

所述发电主体具有多层薄膜结构，包括位于中心层的压电材料层，以及分别位于所述压电材料层两侧的第一电极层和第二电极层，

所述两个调节端位于所述发电主体的两端，用于调节所述发电主体的长度，

所述输出电极用于将电能输送给电能存储单元，

所述电能存储单元用于存储电能并为所述信号处理部供电，

所述封装层覆盖于所述发电主体、所述调节端、所述输出电极以及所述电能存储单元的表面。

2.如权利要求1所述的生物能电子视网膜，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。

3.如权利要求2所述的生物能电子视网膜，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。

4.如权利要求1所述的生物能电子视网膜，其特征在于：

其中，所述电能存储部为微型可充电电池或电容。

5.如权利要求1所述的生物能电子视网膜，其特征在于，还包括：

整流滤波电路，连接于所述电能存储单元和所述输出电极之间。

6.如权利要求1所述的生物能电子视网膜，其特征在于：

其中，所述调节端的固定方式使用手术线缝合、钛夹钳夹或粘合剂粘合中的任意一种。

7.如权利要求1所述的生物能电子视网膜，其特征在于：

其中，所述调节端的一端为单排的卡齿，该卡齿的尖端平滑且面向发电主体的外侧，所述调节端的另一端为卡槽，卡槽的内部一侧具有与所述卡齿相配合的齿槽，另一侧为平面，所述卡齿与所述卡槽相卡合。

8.如权利要求1所述的生物能电子视网膜，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。

9.如权利要求1所述的生物能电子视网膜，其特征在于：

所述发电部对主动脉的压力小于140mmHg。