CN203619989U - 植入式生物能胰岛素泵 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种植入式生物能胰岛素泵，包括血糖传感器、胰岛素注射泵、输注导管、控制部、信号发射部、体外通讯器以及发电部。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层，以及位于压电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。本实用新型的植入式生物能胰岛素泵无需更换电池，一次植入后可终身使用。

Description

植入式生物能胰岛素泵

技术领域

本实用新型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。

实用新型内容

为解决上述问题，本实用新型提供一种可植入体内并间接利用心脏生物能供电的植入式胰岛素泵，其特征在于，包括血糖传感器、胰岛素注射泵、输注导管、控制所述注射泵运行的控制芯片、信号发射部、用于接收信号的体外通讯器以及提供电能的发电部。其中，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血糖传感器、控制芯片、胰岛素注射泵和信号发射部供电。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，本实用新型的植入式生物能胰岛素泵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，本实用新型的植入式生物能胰岛素泵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，本实用新型的植入式生物能胰岛素泵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，本实用新型的植入式生物能胰岛素泵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，本实用新型的植入式生物能胰岛素泵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，本实用新型的植入式生物能胰岛素泵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，本实用新型的植入式生物能胰岛素泵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，本实用新型的植入式生物能胰岛素泵还可以具有这样的特征：发电部对主动脉的压力小于140mmHg。

实用新型作用与效果

本实用新型的植入式生物能胰岛素泵，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，本实用新型即可利用患者自身的生物能提供电能，免去了使用电池作为电源的必要，解决了电池能量耗竭后通过手术更换电池的问题。

由于本实用新型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。

由于本实用新型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，由于本实用新型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，由于本实用新型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是本实用新型实施例一的植入式生物能胰岛素泵的示意图；

图2是本实用新型实施例一的发电主体的示意图；

图3是本实用新型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是本实用新型实施例一中发电主体安装于主动脉上的截面图；

图6是本实用新型实施例四中调节端为卡齿结构的示意图；以及

图7是本实用新型的电路示意图。

具体实施方式

以下根据附图说明本实用新型的植入式生物能胰岛素泵的具体实施方式，

<实施例一>

图1是本实用新型实施例一的植入式生物能胰岛素泵的示意图。如图1所示，植入式生物能胰岛素泵100包括控制芯片19、信号发射部16、注射泵15、输注导管151、血糖传感器20以及发电部200，发电部200包括发电主体11、整流滤波电路12、输出电极14和电能存储部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内部具有压电材料，可利用主动脉的形变产生电能。发电主体11的输出电极14后连接了整流滤波电路12，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12之后，用于储存电能，并为生物能胰岛素泵100的血糖传感器20、控制芯片19、信号发射部16以及注射泵15供电。

图2是本实用新型实施例一的发电主体的示意图。如图2所示，发电主体11的初始状态为开环的形状，在环形结构的两端各具有一个调节端23，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14，用于将发电主体11产生的电能输出。

图3是本实用新型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，以及分别位于压电材料两侧的第一电极层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14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，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。

发电主体11在自然状态下为弯曲的环状结构，且其薄膜结构具有良好的弹性，因此能够柔顺的包绕主动脉。

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17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是本实用新型实施例中发电主体安装于主动脉上的截面图。以下结合图1和图5来说明本实用新型的植入式生物能胰岛素泵的工作过程。

如图1和图5所示，发电主体11环绕于主动脉18。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14，再通过整流滤波电路12后进入电能存储单元13，电能能存储单元13为微型可充电电池。电能存储单元13再将电能供应给植入式生物能胰岛素泵的血糖传感器20、控制芯片19、信号发射部16以及注射泵15。当血糖传感器感受到体内的血糖值高于阈值时，控制芯片19会控制注射泵15通过输注导管151向血液输注适量的胰岛素，同时，信号发射部16会将体内的血糖信息和胰岛素泵的工作状态输出给体外通讯器152。

图7是本实用新型植入式生物能胰岛素泵的实施例的电路示意图，如图7所示，发电主体11与整流滤波电路12相连接，发电主体11产生的电能经过整流滤波电路12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血糖传感器、控制芯片、信号发射部以及注射泵供电。

<实施例二>

在本实施例中，植入式生物能胰岛素泵的血糖传感器、控制芯片、信号发射部、注射泵、发电主体的形状以及调节端的设置与实施例一相同，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。在固定的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120-140mmHg。

<实施例三>

在本实施例中，生物能胰岛素泵的血糖传感器、控制芯片、信号发射部、注射泵、发电主体的形状以及调节端的设置与实施例一相同，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。在固定的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120-140mmHg。

<实施例四>

在本实施例中，生物能胰岛素泵的血糖传感器、控制芯片、信号发射部、注射泵、发电主体的形状以及调节端的设置与实施例一相同，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120-140mmHg。

当然本实用新型的植入式生物能胰岛素泵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 (7)

1.一种植入式生物能胰岛素泵，其特征在于，包括：

血糖传感器；

胰岛素注射泵；

与注射泵连接的输注导管；

控制所述注射泵运行的控制芯片；

信号发射部；

用于接收信号的体外通讯器；以及

为所述血糖传感器、注射泵、控制芯片和信号发射部供电的发电部，

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，以及分别位于所述压电材料层两侧的第一电极层和第二电极层，

所述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血糖传感器、所述注射泵、所述信号发射部以及所述控制芯片供电，

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表面。

2.如权利要求1所述的植入式生物能胰岛素泵，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。

3.如权利要求1所述的植入式生物能胰岛素泵，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。

4.如权利要求1所述的植入式生物能胰岛素泵，其特征在于：

其中，所述调节端的固定方式使用手术缝线、钛夹和粘合中的任意一种。

5.如权利要求1所述的植入式生物能胰岛素泵，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。

6.如权利要求1所述的植入式生物能胰岛素泵，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。

7.如权利要求1所述的植入式生物能胰岛素泵，其特征在于：

所述发电部对主动脉的压力小于140mmHg。

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