El desafiament d'energia de la Diabetació Next-Generations Technology

El pàncrees artificial, sovint conegut com a sistema de lliurament de la insulina tancada, representa un dels avenços més significatius en la gestió de la diabetis. Aquests dispositius combinaven un monitor continu de l' ufès (CGM), una bomba de la insulina i un algorisme de control per ajustar automàticament la insulina de les lectures de sucre en temps real. Per als individus que viuen amb diabetis, aquesta tecnologia promet reduir la càrrega de presa de decisions i millorar el control glycmic. De tota manera, la característica que fa que aquests sistemes es transformin imdash; l' operació automatitzada, l' operació automatista i lacdash; emet un repte fonamental d' enginyeria: s' ha de funcionar durant tot el dia, i la nit sense interrupció.

A diferència dels portàtils intel· ligents o portàtils, que poden ser alimentats o carregats durant la nit, un pàncrees artificial ha d' operar al voltant del rellotge. Un fracàs de poder, fins i tot un petit, pot interrompre el seguiment de la insulina o la vigilància glucucosa, el qual porta a les fluctuacions de sucre perillosa de la sang. Aquest requisit canvia la font d' una simple conveniència per a un component de seguretat crític. Com aquests sistemes es tornen més petits, més petits, i integrats a la vida diària, la necessitat d' solucions innovadores que poden ajudar tots els dies sense poder usar- los sense poder freqüent o intercanviar bateria s' ha convertit en una prioritat per als investigadors i als fabricants de dispositiu.

Solucions actuals d'energia i les seves Limitacions

La majoria dels sistemes de pàncrees comercials disponibles depenen de la liti-ion o liti-polymer recàrrega de piles. Aquestes fonts d' energia estan ben interpretades i àmpliament usades a l'electrònica de consum, oferint un equilibri raonable entre densitat d' energia, pes i cost. Tot i això, diverses limitacions intrínsecs es tornen aparents quan aquestes bateries s' usen en un dispositiu mèdic que ha d' operar contínuament.

Mida de la bateria i factor de formulari

Les piles de levitació adequades per a poder encendre' l' escalfament tant un receptor CGM, un motor de bomba, i una ràdio Bluetooth per a la transmissió de dades normalment mesura diversos centímetres. Aquest volum imposa restriccions en el disseny de dispositiu. Els fabricant han de construir dispositius més grans que acomodar les bateries més curtes o acceptar les hores que s' executen més curtes. Per a usuaris, aquest sacrifici afecta directament, discreció i portabilitat. Una bomba que s' assegura perfectament sota roba o se sent pesat a la pell pot usar- se consistent, sota els beneficis de la teràpia automatitzada.

Freqüència de recuperació i suport d' usuari Burden

En la pràctica, molts dispositius de pàncrees actuals requereixen que es reprograman cada 12 o 24 hores, depenent dels patrons d' ús, la potència de la connectivitat del Bluetooth, i la freqüència de la entrega a la insulina. Requiar un usuari per recordar cobrar un dispositiu mèdic cada dia, i planejar al voltant d' aquesta finestra carregant, reintrrueix una forma de càrrega cognitiva que pretén eliminar. L' hora nocturna pot ser especialment problemàtic: si el dispositiu necessita carregar mentre l' usuari dorm, que carrega la sessió ha de ser segura i no pot interferir amb l' habilitat del dispositiu per a proporcionar alarmes de la insulina o el so.

Temps de desgrasió de la bateria

Les piles de liti de reajustable perden la capacitat amb cada cicle de càrrega. Sobre una típica vida de dos anys de dispositiu, una bateria pot degradar al 70 o 80 per cent de la seva capacitat original, el qual significa que les experiències de l' usuari es fan més curtes. Aquesta degradació pot ser accelerat per exposició a la calor del cos, les descàrregues més freqüents, i el truc constant carregant típic dels dispositius portables. Al final, la bateria ha de ser substituïda, sovint es requereix que un dispositiu retorni al fabricant o una clínica imdash; problemes que poden interrompre la teràpia.

La seguretat es preocupa al final de la càrrega

Quan una bateria liti- liti s' acosten a la d' enconvenció, el dispositiu ha de conservar el poder mentre manté les funcions crítiques. Molts sistemes implementen modes de baixa potència que redueixen la freqüència de mostreig, afeblien l' energia del Bluetooth, o deshabiliteu les alarmes no fonamentals. Mentre aquestes mesures s' apliquen el temps d' execució, poden degradar precisament quan l' usuari pot necessitar el dispositiu més imdash; forçant el sondor o quan la sang ja és inestable. Una font d' energia que pot mantenir la funcionalitat completa durant el seu període de planificació no és només una conveniència, sinó un requisit per a la seguretat.

Apropant- se inconnovatiu a la potència de dispositius Acrores artificials

Reconèixer les limitacions de les bateries convencionals, investigadors i enginyers, estan desenvolupant diverses estratègies per aconseguir sistemes de pàncrees artificials. Aquests enfocaments intenten reduir o eliminar la necessitat de càrrega exterior, reduir la mida del dispositiu i millorar la fiabilitat de l' ús de tots els dies, cada dia.

1, energia Harversting del cosPropertyName

Energia acumulant captures d' energia de la tecnologia del cos o entorn de l' usuari i la converteix en electricitat. Per a usar dispositius mèdics més prometedors, els mètodes de collita es dibuixen de fonts que són naturalment i contínuament disponibles.

[[FLT: 0] Piezoelgia d' energia subelèctriu [[[FLT: 1] depèn de materials que generen una càrrega elèctrica quan es refacen els problemes mecànicament. En un context portable, el moviment del moviment de caminar, braç, o fins i tot la expansió i contracció del pit durant la respiració es pot recollir. Els investigadors han desenvolupat pel·lícules flexibles de pastís que es poden integrar en les habitatges de la insulina o en la mateixa banyera. Un estudi demostrava que un críctridor de sectors que va portar a terme el braç superior podria generar 50 ones durant l' activitat normal i sense poder per a un Bluetooth baix potència i complement per complementar la bateria principal.

[[FLT: 0] Thermoelive energia recol· lution [[[[FLT]] provoca la diferència de temperatura entre la pell (Aughry 32ndash; 35+deg; C) i l' entorn init. Els generadors de l' energia termelèctrics (TEGs) col· locats contra la pell poden produir petites quantitats d' electricitat quan el gradient existeixi temperatura. Per a una persona asseguda en una habitació a 22+DC, un pou dissenyat TG pot generar diversos microwatts a una mica mil· lipades. Mentre aquests nivells són modests, poden ser suficients per a una bateria o una superac, s' exagerant el temps total entre les despeses externes.

[FLT: 0]Biofeules [[[FLT: 1] representa un enfocament més radical: Genera l' energia directament de les reaccions bioquímiques en el cos. Enzy combustible, per exemple, poden recollir energia de gluse en el fluid intersitial o el torrent. Aquest concepte és particularment elegant per a un pàncrees artificial perquè el dispositiu ja té accés a les dades glouques i podria utilitzar el combustible també és prostrografia. La recerca a l' ombrejada de les cèl· lules de l' antiguitatització que es pot produir de baixa en l' interval d' 1100 ones a la plaça de l' àrea de l' elèctrode, amb les setmanes de vida que es mesurades en vivolutat. La protecció de la bioluminarietat continua sent en la bioluminibilitat, però en la producció de la investigació de la producció de la producció de la producció de la producció de la producció de les bioluminibilitat, i la producció de la producció de les zones biolumineses.

Pàgina d' energia sense fils i càrrega remota

La transferència de potència sense fils (WPT) habilita els dispositius per a ser carregats sense una connexió física a una font d' energia. Per a un pàncrees artificial, això podria significar carregar mentre l' usuari dorm, seu a un escriptori, o fins i tot conduir, sense necessitat d' eliminar el dispositiu o accedir a un port de càrrega.

[FLT: 0] [Resonant inductor [[FLT: 1] és el mètode més madur WPT. Usa camps magnètic generats per un cau de butxaca en un camp de càrrega per induir l' actual en una bobina corresponent dins del dispositiu. Aquesta aproximació ja té molts consums i implants mèdics. Per a un pàncrees artificial, resonant en càrrega de càrrega de l' usuari permetrà que l' usuari es posi prop d' un dispositiu proper o una catifa de butxaca per a un carregador de períodes curts. Perquè l' apolític, no hi ha contacte elèctric, el contacte de l' eliminació de l' explotació i els punts que comprometen l' aigua. La fidelitat principal és el dispositiu ha de ser alguns centímetres de la càrrega d' un esforç per a la mida d' un producte, que pot moure' un esforç de manera lliure.

[[FLT: 0] Far-field energia sense fils [[[[FLT]] usa freqüència de ràdio (RFF) és un enfocament més ambiciós. Transmits operatius en els grups ISM (p. ex., 915 MHz o 2. 4 GHz) pot transportar energia sobre les distàncies de diversos metres. L' antena rep en la collita d' aquesta energia RF i el retruciona en el poder DC. Mentre aquesta tecnologia s' ha demostrat per sensors de baix potència (p. ex., etiquetes RFID i monitors mediambientals), els nivells d' energia que es poden convertir en distàncies a escala de micro- escala, normalment són en l' interval microtdash i l' interval nàct; per a la liper a la potència de la potència de la potència de la potència de la potència de la potència de la bomba de la insulina, i la taxa de la potència. Tot i que es podrien reduir les tècniques de la potència de la potència de la bomba d' energia, i la potència de la potència de la potència. Tot i la potència de la potència de la potència de la bomba d' una font d' energia de la bomba d' energia de la

[[FLT: 0] {Ultionalònic transferència d' energia [[[[FLT] usa ones de so per transmetre energia a través de teixits i aire. Aquest mètode està sent investigat per dispositius mèdics profundament implantats, però també podria aplicar- se a sistemes portables. Ultrasound pot penetrar a través de les habitatges i aigua (sweat) més eficaçment que els camps magnètics, i no requereix una resistència precisa. Els grups de recerca han demostrat transferir efèdices d' un 10 al 30% de distàncies sobre diversos centímetres, generant mil· liwas d' ús de poder. Per a un repertori artificial, un subònic pot ser usat com a un tall ultraònic, o un pegat que transmeti el poder a través d' un element de la pell per a rebre un cos de la bomba.

3. Tecnologies avançades de bateria i d'emmagatzematge de Technologies

Fins i tot amb energia de recol·lització i potència sense fils, la majoria dels sistemes encara requeriran un element d' emmagatzematge local per a la memòria intermèdia durant períodes d' alta demanda (p. ex., quan el motor de bomba dóna activament a un bolus) o quan les condicions de recol·loquin són infavorables. L' millora de l' element d' emmagatzematge és un altre camí crític.

[FLT: 0] Solid bateries d' estat [[FLT: 1] substitueix el líquid o el gel Selfegit, trobat en cèl· lules de liti- liti convencional amb un ceramic sòlid o polimeromit. Aquest disseny ofereix diversos avantatges per als transports mèdics: alta densitat d' energia (potialment 2 in; 3 vegades que de liti- liti- liti), sense risc d' elecció de filtracions, i també són un interval de temperatura més amples. Les bateries de l' estat del Solid també estan inherentment no provocables, adreçant una seguretat que ha portat alguns dispositius mèdics. Les empreses com ara l' IRISlac i les cèl· característiques de l' estat fetes han anunciat específicament dissenyades per a la pèrdua de cicles mínims, i els tipus mínims de control mínims.

[[FLT: 0] [Fin- fetters [[FLT: 1] són una altra variant que s' ajusta a l' entorn espacial entrenat d' un dispositiu amb les tècniques de composició. Usant els vapors, els fabricants poden crear piles amb neòmetres de gruix mesurades en micrometres. Aquestes pel· lícules es poden assignar directament al tauler de dispositius o fins i tot a substracions flexibles, permetent- la seqüència a la forma d' habitatge. Mentre que les bateries de desplaçament primes guardar piles de marge total d' energia que les cel· les a gran part, el seu factor de formulari permet usar més eficientment disponibles. Per a un diagrama artificial que ha de romandre en una petita i lleuger, una bateria prima, pot ser embolcallada al voltant d' una capa motor o una capa de substitució sota una potència, i incrementar- se amb energia.

[FLT: 0] Supercapitors [[[FLT] ofereix una alternativa a les bateries per a l' emmagatzematge d' energia curt. Poden fer explotar grans esclats de potència molt ràpidament imdash; idedimental moment quan un motor de bomba de la insulina comença a dir- se' n a dir, i poden ser acusats i eximitades centenars de milers de vegades sense degradació. Un sistema d' emmagatzematge d' energia híbrid combina un màxim de muntatge i una bateria per reduir l'estrès de repetició. Els dos punts de lluminositats es poden fer servir per la seva alta velocitat i la seva alçada.

Gestió d' energia 4. i disseny d' energia baixaComment

Més enllà de la font d' energia mateixa, com gestiona el dispositiu i consumeix energia és igual d' important. Els beneficis importants es poden aconseguir mitjançant algoritmes intel· ligents de gestió d' energia i selecció de components.

[[FLT: 0] Una combinació adaptatiu i transmissió [[FLT: 1] és una estratègia com aquesta. En comptes de reordenar glucucose a una velocitat fixa (p. ex., cada minut), el dispositiu pot ajustar dinàmicament la seva freqüència de mostreig basant- se en la freqüència de canvi de la sang. Quan els nivells gucheseals estan estables, la mostra CGM pot mostrar cada 5 minuts i transmetre dades en graus de manera gradual. Quan la Glouse s' està pujant o baixant ràpidament, incrementant ràpidament el sistema de transmissió i la seva taxa de control de transmissió per proporcionar força estrets. Aquesta aproximació pot reduir el consum mitjà d' energia amb un 60% de seguretat no tan acordant.

[[FLT: 0] Sleep modes i els marcadors de despertar [[[FLT: 1] permet que el dispositiu baixi els subsistemes no crítics durant períodes d' activitat baixa. Per exemple, el Bluetooth, que sovint és un dels consumidors més grans, es pot situar en un estat de somni profund entre transmissions de dades. El sensor de flux CGM, controlador i processadors de manera similar poden introduir estats baixos quan no calguis. Un rellotge real i un conjunt de moviments d' interrupció (pex, un senyal d' alarma o un llindar detectat) pot tornar a l' operació complet dins de l' operació. Aquests micro- xips d' optimització poden introduir molts tipus de baterias moderns.

[[FLT: 0] L' algorisme de resolució d' energia [[[FLT:] també importa. L' algorisme de control que calcula les taxes de lliurament de la insulina es pot implementar en una aritèmia de punt fix en un microcontrolador de baixa potència en comptes d' una implementació digital de senyals de corrent. Els investigadors han demostrat que un tipus proporcional de control (PID) o un controlador de model predivatiu (MPC) pot executar un algorisme de control microcontrolador que consumeix menys de 100 ones en mode actiu, mentre que es troben els requeriments reals de la regulació de glucular. Seleccionant els components amb el balanç de l' eficiència i el rendiment dret és una clau de cada decisió de disseny de l' enginyeria artificial.

Medical i ampliacions per als sistemes d'energia Novel

Introducció a una nova tecnologia de poder en un dispositiu mèdic, especialment una que controla directament la entrega a la insulina, requereix validació rigorosa i aprovació reguladora. Els aliments i l' administració de drogues (FDA) i cossos internacionals com ara la Comissió Internacional d'Electrotical (IEC) han establert estàndards per a equips elèctrics mèdics, incloent la seguretat, la compatibilitat electromagnètic i la gestió de riscos.

[FLT: 0] Per a la recol· locació de sistemes d' energia, [[[FLT:]] la inpredicbilitat de la font d' energia introdueix una nova capa de complexitat. El dispositiu s' ha de dissenyar per funcionar amb seguretat fins i tot quan les condicions de recol· luminació són pobres imdash; per exemple, si l' usuari és sencial durant moltes hores. Un sistema que depèn en gran mesura de la collita d' energia ha d' incloure una reserva de seguretat suficient per a mantenir funcions crítiques per a un període definit. La orientació FDA sobre els fabricants mèdics requereix caracteritzar el rendiment del dispositiu a diversos estats i assegurar que el dispositiu proporciona avisos abans de qualsevol pèrdua de la funció crítica.

[[FLT: 0] Per a transferir energia sense fils, [[[FLT:] no afecta el centre de seguretat en l' exposició del camp teixit i l' exposició electromagnètic. Especificant una taxa d' aviació (GSOG) s' ha de satisfer per assegurar que la transferència d' energia RF o ultrasònica no causi el dany tèrmic. En l' esforç de càrrega dels sistemes operatius de seguretat a sota de les freqüències normalment hi ha un risc mínim, però actualment actualment en sistemes operatius RF a les freqüències més altes requereixen una antena de disseny i el límit de potència. L' entorn de 60EC601 proporciona un marc per a comprovar i un sistema de treball vàlid.

[FLT: 0] Per a químicas avançats de bateria, [[[FLT: 1] flamitat i la tòxicitat segueixen preocupacions de clau. Les bateries d' estat del Solid són inherentment més segures que les bateries del gas, però encara han de passar proves rigorals per a circuits curts, sobre la càrrega i les condicions de prova. L'ONU Manual de Tests i el criteri de 38.3) és reconegut per a la seguretat del transport de bateria de liti, i els protocols similars es desenvolupen per a realitzar productes emergents.

Reptes d' integració i disseny del sistema-nivell

L' arquitectura de dispositiu ha de ser dissenyat amb el sistema elèctric en ment.

[[FLT: 0] La gestió tèrmica [[[FLT: 1] es fa més important quan els components de recol· leccionació d' energia generen calor o quan els corrents sense fils processen eddy en peces de metall properes. El dispositiu ha de desordenar qualsevol excés de calor sense incrementar la temperatura de la pell sobre els límits segurs (normalment un 4i- interval; s' aixequen sobre la base per als dispositius mèdics en contacte amb la pell). Els motors han de modelar el perfil tèrmic del dispositiu sota les pitjors condicions de càrrega i recol· luminació i poden haver d' incorporar materials de calor o la fase canvia els elements per a gestionar els punts calentspots.

[[FLT: 0] l' aigua i la suor pingres [[[FLT: 1]] és un repte persistent per a qualsevol portable. Un dispositiu que depèn de l' empanadazoelèctric o de l' antena pot haver obert les obert o les seves branques ventelèctriques que comprometen la seva puntuació IP. Tota la collita d' energia i els components sense fils s' han de segellar contra moicions mentre que permet el fenomen físic (vició, temperatura, gradient, degradat) per arribar als elements actius. Això sol requereix que les estratègies novel· lactòcules, com ara compost, barreres de disce- bis, o barreres enctics.

[[FLT: 0] Factor i comoditat [[[FLT: 1] no es pot sacrificar per la innovació del sistema d' energia. Una bateria que dura tres dies però fa que el dispositiu sigui més gruixut no es pot adoptar. Els motors han de treballar en col·laboració amb dissenyadors industrials i els usuaris clínics per assegurar que les millores del sistema de sortida tradueixin en beneficis reals, no només per a beneficis teòricas. Els estudis de disseny d' usuari han mostrat repetidament que porten i la discreció són prioritats superiors per a la gent que viu amb diabetis, sovint estan sobre la bateria en les enquestes.

Perspectes futures i el camí cap endavant

La recerca d'una font d'energia artificial de veritable dia és un esforç multidisciplinar que abasta materials de ciència, enginyeria elèctrica, enginyeria biomedica i ciència reguladora. No hi ha cap tecnologia única que pugui proporcionar una solució completa; en canvi, els sistemes més importants integraran múltiples enfocaments en una arquitectura de poder holista.

Un escenari plausible de llarg termini per a la següent generació de dispositius és un sistema híbrid que combina una petita bateria d' estat sòlid per a un poder de base base, un supercaporador per a la càrrega de pics, i un sistema de càrrega sense problemes que permet l' usuari cobrar el dispositiu durant 15 minuts al dia mentre feia altres activitats. La collita d' energia del cos o la calor podrien servir com a un suplement de dalt a baix, ampliant l' interval entre les sessions que es va dur a carregar d' un dia a tres o quatre dies.

La investigació a llarg termini està explorant conceptes radicals. Les cèl·lules biofueluals que dibuixen energia directament des de la glucucose del cos podrien proporcionar energia contínua durant setmanes o mesos sense càrrega externa. Els implanats mol· lapses de sectors que capturen energia del cor bategant o el moviment dels muscles sikeal podrien poder completament energia dels sistemes de pàncrees interns que no requereixen components externs. Mentre aquestes idees segueixen en l'escenari de laboratori, apunten cap al futur en què el pàncrees artificial realment està autosuperant.

Col· laboració entre adecata, indústria i agències reguladores serà essencial per a superar els obstacles restants. Les organitzacions com ara la [[FLT: 0] JDRFLT [[FLT: 1] i la [[FLT: 2AAAANA:] Diabetes Association[[[FLT: 3] han finançat l' avaluació inicial dels sistemes de màxima per als dispositius de diabetis, mentre que les empreses com MedEptònics i Inites continua pressionant els límits del disseny de producte comercial. Mentrestant, el [FLT:] [FDA[ 0] ha publicat l' orientació sobre la seguretat i les expectatives de rendiment per als dispositius mèdics, proporciona un camí clar per als innovadors.

Finalment, l' èxit de qualsevol solució elèctrica serà jutjat pel seu impacte en els resultats pacient. Un dispositiu que ha de ser rearregat cada 12 hores, però aconsegueix un control excel· lent pot ser menys atractiu que un dels tres dies que s' executi amb un control lleugerament menys precís. Trobar el balanç dret entre la fiabilitat del poder, la mida del dispositiu, la conveniència i l' usuari clínic requereix un diàleg de rendiment que es porti aquests dispositius cada dia. [[FLT: 0TribruvedTri Foundation[ FLT] i altres grups de defensa de pacient proporcionen fòrums d' intercanvi, que assegura que les veus d' aquelles persones amb la diabetis que viuen amb la seva forma d' enginyeria que el seu tractament.

Com que el pàncrees artificial continua evolucionant des d' un concepte d'investigació en una teràpia tradicional, la font d' energia romandrà una característica que determina si el dispositiu té èxit o falla en ús real del món real. Amb l' entorn innovador s' apunta ara sota el desenvolupament imdash; de la collita energètica i la càrrega sense fil a les bateries avançades i intel· ligents i intel· ligent; l' objectiu d' un pàncrees realment tot el dia, el fet que el fet de fer és moure' s a través de la creativitat, la creació d' enginyeria, la seguretat i el disseny pacient- centeritzat, finalment, oferirà la promesa de la insulina que realment allibera la gent de la càrrega constant de la gestió de la diabetis.