多年来，医疗设备取得了巨大的进步，挽救了生命，帮助人们控制疾病。然而，一个主要缺点是他们的电池需要更换或充电。随着研究人员在能够收集能量的设备上取得进展，为开发者和需要产品的人带来了新的选择，这种情况可能不会持续太久。

无需更换起搏器电池

数百万人依靠起搏器和其他植入式心脏设备来保持心脏正常运转。然而，这些项目需要每十年或更短时间更换一次电池。更换电池需要患者接受手术。除了与正在进行的手术相关的费用外，任何手术都有并发症的风险。

达特茅斯大学的研究人员希望利用心脏的能量为起搏器供电。如果这一想法成为现实，它可能会消除那些为更换电池而安排的手术。

该团队的目标是利用附着在心脏上的起搏器导线的动能。他们使用了一种叫做PVDF的聚合物压电薄膜将机械运动转化为电如果设计有多孔结构。2019年，研究人员在开发和测试方面取得了足够的进展，他们认为该设备离商业化还有五年的时间。

虽然它还没有上市，但对于评估哪些产品最适合患者需求的医疗设备制造商和医生来说，这一功能可能是一个有吸引力的卖点。这种一毛钱大小的发明适合于现有的起搏器，并且还可扩展以提供诸如实时监测的未来功能。

开发更多可在体内安全使用的设备

设计植入式医疗器械的持久挑战之一是找到一种足够耐用的材料，以承受体内恶劣和多变的条件，而不会引入有毒元素或其他并发症。

用于能量收集的压电选择提供了一系列决定整体电力输出的因素。有些是内在的，就像频率常数压电元件。外在因素，如加速度和运动幅度，也很重要。正如您可能想象的那样，在利用这种效果时，材料选择也是至关重要的。

用于压电项目的许多材料都是天然存在的，例如搪瓷、骨和水晶。然而，选择生物相容材料的另一个障碍是，它们往往太硬，无法与身体表面相适应。医疗器械可能需要类似于绷带的柔韧性，这取决于其用途。

构建生物相容的压电驱动晶片

生物工程师最近开发的“压电晶片”可以用来产生电刺激，加速骨折和伤口愈合，并通过保持肌肉张力来帮助中风患者。

在这种情况下，赖氨酸（一种氨基酸）是压电发电机。由生物相容性聚合物制成的外壳围绕赖氨酸。赖氨酸和聚合物的化学相互作用将赖氨酸定位成晶体结构，当弯曲时产生电流。研究人员相信，他们的创造最终会让人的自然运动加速愈合过程。

这些设备的另一个巨大优势是它们可以生物降解。到目前为止，该团队已经在啮齿动物的腿和胸部中测试了这些晶片。然后，他们在产品自然溶解后进行了实验室实验，结果表明没有证据表明对啮齿类动物有害。

如果像这样的创新能够向公众提供，医疗器械制造商应该强烈考虑强调生物降解性方面。可以理解的是，如果医生建议，一些患者可能会担心将设备放入体内。但是，如果他们知道这些设备在使用后会发生故障，并且具有无毒材料，他们应该对这种想法持更开放的态度。

创建薄型可穿戴医疗设备

到目前为止，这里覆盖的设备都在体内。外观明显的产品需要特定的考虑因素，以使其更有可能销售。舒适度是鼓励用户采用和增加他们照常生活的机会的主要必要条件。

当目标是捕捉医疗预约过程中可能不明显的细节时，这一点尤其正确。例如，芬兰研究人员设计了一个婴儿连体裤他们的运动和监测发展。在这种情况下，重要的是可穿戴设备不会惹恼婴儿或引起不适。

自我意识是许多成年人的问题。在大学、工作或其他公共场所使用易于隐藏或不会让人感到尴尬的可穿戴医疗设备至关重要。

这就是为什么工程师们开发了一种人们可以戴在棒球帽下的能量收集装置。这是一个毛囊触发再生的刺激装置从休眠结构。这种方法使用纳米发电机，在将低频电脉冲传输到头皮之前，被动地从佩戴者的正常运动中收集能量。

在无毛小鼠身上进行的实验室测试表明，该装置与在脱发药物中发现的两种化合物一样有效。然而，它并不会像那些产品那样引起不愉快的副作用，如抑郁和性功能障碍。

使穿戴式医疗跟踪器更方便

医疗保健提供者越来越多地使用联网的可穿戴医疗设备来追踪从患者心率到血糖水平的一切。这些产品是人们可以毫无问题地连续穿着的理想物品。事实上，大多数人都需要定期充电，但北卡罗来纳州立大学的一个团队希望通过一种从人体热量中获取能量的设备来克服这一障碍。本发明是一种柔性热电发电机（TEG）。以前大多数制造可弯曲TEG的努力都没有达到刚性设备的性能。然而，研究人员对设计进行了调整，结果令人印象深刻。

他们最初在2017然而，工程师们表示，2020年宣布的一种升级型更接近刚性设备提供的效率。其中一种成分是EGaIn，一种无毒的镓和铟合金。它提供类似于金属的拉伸性和导电性。

Mehmet Ozturk曾参与该项目研究论文对此，他解释道，“这里的关键是使用高导热硅弹性体掺杂有石墨烯薄片和EGaIn。弹性体提供了抗穿刺的机械坚固性，同时提高了设备的性能。使用这种弹性体，我们可以将热传导率（传热速率）提高六倍，从而改善侧向热扩散。”

能量收集开启令人兴奋的可能性

无论是治疗疾病、加速治愈过程还是帮助医生追踪患者状态，可穿戴和可植入医疗设备都越来越普遍。如果用户不需要再充电或更换电池，这些产品尤其有益。这里的例子展示了什么是可能的，并说明了为什么能量收集对于使医疗设备更具价值和实用至关重要。

艾米莉·牛顿是一名技术和工业记者，喜欢发现物联网如何影响不同行业。艾米莉是《》的主编革命性的–一本探索科学、技术和工业趋势的在线杂志。订阅查看她的时事通讯以了解最新信息。