نقش حیاتی قدرت در سیستم های پانکوراس مصنوعی

سیستم های پانکراس مصنوعی، که به عنوان سیستم های تحویل انسولین بسته نیز شناخته می شوند، یکی از مهمترین پیشرفت های مدیریت دیابت در طول دهه گذشته را نشان می دهند.این دستگاه ها به طور مداوم سطح گلوکز میانسالی را از طریق یک مانیتور دائمی گلوکز (CGM) نظارت می کنند و به طور خودکار تحویل انسولین را از طریق پمپ انسولین تنظیم می کنند، تقلید عملکرد یک پانکراس سالم است.این حلقه بسته نیاز به یک منبع تغذیه و یا قطع برق کاربر دارد؛ حتی نمی تواند به طور خودکار پردازش مجدد و یا هر گونه دستگاه را کنترل کند، زیرا برخی از طریق چند نمونه از طریق دستگاه اسکن کند، اما برخی از طریق دستگاه های کنترل اکسیژن و همچنین به طور منظم، به سرعت پردازش مجدد، اما برخی از طریق دستگاه های اتصال دهد، اما برخی از طریق پمپ های کنترل اکسیژن و همچنین به طور منظم، به سرعت پردازش شود، به دستگاه های اتصال دهد، به دستگاه های کنترل کند، اما برخی از طریق پمپ های اتصال به طور منظم، به طور منظم، به سرعت پردازش شود، اما تعداد کمی از طریق پمپ های کنترل کند، به دستگاه های کنترل شود، به طور منظم، به طور منظم، به دستگاه های اتصال دستگاه های کنترل اکسیژن و یا چند نمونه، اما چند نمونه، عملکرد اسکن شود، به طور منظم، به طور منظم

انرژی مصرف در دستگاه های بسته - Loop

سیستم های مصنوعی مدرن به طور معمول چندین زیرسیستم را ترکیب می کنند، هر کدام با مشخصات قدرت خود، اجزای CGM، از جمله سنسور الکتروشیمیایی، فرستنده و آنتن، ممکن است هر نقطه از 50 تا 200 میکرووات را در حالت ثابت جذب کند، با حداکثر سرعت در طول انتقال داده، پمپ انسولین شامل یک میکروموتور و پیستون است که می تواند چندین صد میلی وات در طول یک بولوس را جذب کند، اگرچه به طور متوسط ظرفیت ذخیره سازی انرژی اضافی در طول زمان شارژ شده است، به عنوان یک دستگاه، اغلب موارد شارژ شده، هشدار می تواند به عنوان یک دستگاه های کنترل میکروکنترل کننده را اضافه کند.

پیشرفت در ذخیره سازی قدرت و نسل های قابل تحمل

با شناخت محدودیت های سلول های ضد لیتیومی معمولی در پوشیدنی های پزشکی، تیم های تحقیقاتی و شرکت ها به دنبال چندین مسیر موازی برای قدرت نسل بعدی دستگاه های پانکراس مصنوعی هستند. نوآوری های زیر نشان دهنده امیدوار کننده ترین دستورالعمل های در حال حاضر در حال توسعه یا تجاری سازی اولیه است.

باتری های فیلم نازک انعطاف پذیر

باتری های نازک انعطاف پذیر با استفاده از لایه های الکترولیتی جامد و فیلم های الکترود نازک ساخته شده بر بستر های انعطاف پذیر مانند فویل های پلیمری یا منسوجات سنتی، این باتری ها می توانند خم شوند، پیچ و خم شوند و با استفاده از ضخامت باتری ثابت شده است که از پچ های مرطوب یا کاهش ظرفیت استفاده می کنند.

برداشت انرژی از بدن و محیط زیست

یکی از زیباترین راه حل ها برای چالش قدرت، این است که انرژی را از چوب وانژوس، بدن خود یا محیط اطراف، کاهش یا از بین بردن نیاز به شارژ خارجی، کاهش یا حذف چندین روش تحت تحقیقات فعال قرار دهید:

برداشت انرژی کینزی

سازندگان Piezoالکتریک و الکترومغناطیسی می توانند حرکت بدن را به انرژی الکتریکی تبدیل کنند.(دستگاه های کوچک جاسازی شده در یک پچ مصنوعی یا پوشیده از طبیعت می توانند انرژی را از راه رفتن، حرکات بازو یا حتی تنفس کنند. تحقیقات از دانشگاه سان دیگو نشان می دهد که یک برش انعطاف پذیر زیر بدنه الکتریکی است که تا 1 متر از راه رفتن معمولی راه رفتن و راه رفتن تولید می شود؛en به یک منبع تغذیه پایین (هنوز هم برای تولید یک سیگنال ساده تر از آن است).

برداشت انرژی حرارتی

ژنراتورهای ترموالکتریک (TEGs) از تفاوت دما بین پوست (۳۲ وndash؛۳۴ درجه سانتیگراد) و هوای محیط برای تولید ولتاژ بهره می برند.پیشرفت در مواد انعطاف پذیر تر از آن، مانند نانوسیم های پوست و پلیمر های ارگانیک، حداقل بهره وری از TEG های پوشیدنی را برای قدرت ۲۰ وند؛ در حالی که محققان / ۲٫۰ دی اکسید کربن به تنهایی قادر به اجرای یک دستگاه اتصال حرارتی نرم نیستند، حداقل رساندن به اندازه کافی است.

سلول های سوخت زیستی

یک رویکرد آینده نگر بیشتر از آنزیم ها یا میکروارگانیسم ها برای تولید برق از گلوکز یا lactate موجود در عرق یا مایع بین رشته ای استفاده می کند، یک سلول سوخت زیستی آنزیمی آنزیمی آنزیمی (EBFC) می تواند به صورت تئوری تا 1 mW/cm2 از مسیرهای فیزیولوژیکی تولید کند، زیرا سوخت به طور مداوم توسط بدن تامین می شود، این دستگاه می تواند بدون چالش های آنزیمی عملی مجدد به طور نامحدود عمل کند و چندین هفته تولید سوخت های فنی تایید شده است که در حال حاضر در دسترس بودن آن ها هستند و همچنین نمی تواند به طور همزمان از طریق اتصال سریع آن ها و تنوع سیستم های اکسیژن و تنوع آن ها به طور مداوم در هفته ها و تنوع و تنوع آن ها از طریق اتصال به طور مداوم در سیستم های مختلف آن ها به طور مداوم در دسترس باشد.

شارژ بی سیم برای استفاده روزانه بدون درز

شارژ بی سیم Inductive در گوشی های هوشمند استاندارد شده است و در حال حاضر برای پوشیدنی های پزشکی سازگار است.برای دستگاه های پانکراس مصنوعی، شارژ بی سیم نیاز به تماس های در معرض خطر عفونت و ساده کردن ضد آب ضد آب را کاهش می دهد (به طور دقیق می تواند از طریق چندین میلی متر از لایه تماس پوست شارژ شود، اجازه می دهد کاربر به راحتی دستگاه خود را شارژ کند (0) برای دسترسی به حداقل فرکانس های انرژی اضطراری (F)

باتری های جامد دولت: تراکم بالاتر و ایمنی Intrinsic

باتری های جامد جایگزین الکترولیت مایع یا پلیمر با الکترولیت سرامیکی یا جامد ( الکترولیت) ، امکان استفاده از کرم های فلزی لیتیوم برای چگالی انرژی بسیار بالاتر و mdash؛potentially 300 &ndash؛ 400 WLT / L در مقابل 200 &ndash؛ Wh / L برای دستگاه های معمولی Li-L برای تجهیزات پزشکی پوشیدنی، بزرگترین مزیت تولید مواد الکترونیکی جامد است.

مزایای قابل توجه برای بیماران و نتایج بالینی

هر یک از این نوآوری های قدرت به طور مستقیم به تجربه کاربر بهبود یافته و نتایج سلامتی برای افراد مبتلا به دیابت ترجمه می کنند.(FLT:0) دستگاه های پیشرفته اجرا شده به طور مستقیم به بهبود یافته و سیستم های مصنوعی فعلی اغلب نیاز به شارژ پمپ های خود را هر 24 تا 72 ساعت.

علاوه بر این، اندازه و وزن دستگاه را کاهش داد با انعطاف پذیر و با انرژی بالا، باتری های راحتی و اختیار را بهبود می بخشد. پچ نازک تر، پچ سبک تر می تواند تحت لباس بدون گاز گرفتن، کاهش خودآگاهی و بهبود، به ویژه در میان نوجوانان و بزرگسالان جوان (F:2) استفاده از مواد ایمنی پیشرفته، کاهش خطر آلودگی مکانیکی و یا کاهش آلودگی دستگاه، و کاهش آلودگی های بی سیم، و کاهش می شود.

برای بیماران مبتلا به دیابت نوع 1، ادغام (FLT:0) برداشت انرژی در نهایت می تواند منجر به دستگاه های واقعا بدون تعمیر و نگهداری شود که هرگز برای شارژ کردن نیاز به حذف ندارند، کنترل مداوم حلقه بسته بدون وقفه، این به ویژه در طول خواب ارزشمند خواهد بود، زمانی که کاربران ممکن است یک دستگاه را برای شارژ آن حذف کنند و بنابراین مطالعات تحویل خودکار انسولین را از دست بدهند که حتی می تواند منجر به کاهش برق بالینی شود، بنابراین حتی می تواند منجر به یک نمونه درمانی کوتاه مدت شود.

چالش های باقی مانده در مسیر اتخاذ

علی رغم پیشرفت هیجان انگیز، چندین مانع باید پیش از آنکه این نوآوری ها در دستگاه های تجاری پانکراس استاندارد شوند، برطرف شوند.

  • مقیاس پذیری و هزینه: باتری های انعطاف پذیر و سلول های جامد دولت نیاز به خطوط تولید جدید و مواد که در حال حاضر گران تر از سنتی Li-ion هستند برای یک دستگاه پزشکی که ممکن است خرده فروشی برای صدها دلار، اضافه کردن ده ها دلار به هزینه باتری یک مانع قابل توجه است.
  • قابلیت و زمان زندگی: دستگاه های پزشکی پوشیدنی باید در برابر سایش روزانه و پارگی از جمله خم شدن، عرق، شدید دما و اثرات گاه به گاه انعطاف پذیر مقاومت کنند، باتری های انعطاف پذیر باید ظرفیت صدها چرخه بدون ترک یا توهم، برداشت کنندگان انرژی باید در برابر رطوبت و سرعت آزمایش های پیری که نشان می دهد باتری های نازک فیلم می تواند بیش از 1000 چرخه واقعی خم شود، اما اطمینان از سال های واقعی استفاده می کنند.
  • دستگاه های پزشکی نیاز به تست دقیق برای سازگاری زیستcompatibility، ایمنی و سازگاری الکترومغناطیسی (EMC) برای برداشت کنندگان انرژی که از مواد تحویل دهنده یا پیزوالکتریک استفاده می کنند، دارند؛ داده های بی نظیر جدید باید تولید شود. ایالات متحده غذا و اداره مواد مخدر (FDA) و بدن های اطلاع داده شده اروپایی دستورالعمل های تایید گسترده ای برای هر سیستم شارژ الکترونیکی دارند (Fash) و یا سیستم های انعطاف پذیر را فراهم می کنند.
  • پذیرش و ادغام کاربر: حتی بهترین تکنولوژی نیاز به خرید کاربر دارد، برخی از بیماران ممکن است در مورد شارژ دستگاه به طور بی سیم تردید تردید داشته باشند (نگرانی های پرتو درک شده) یا پوشیدن یک دستگاه با یک برداشت انرژی که احساس گرم یا ارتعاش از پدهای شارژ بی سیم باید محدود به جلوگیری از مطالعات طراحی باشد، باید عوامل انسانی را برای اطمینان از عملکرد واقعی یا نگهداری مجدد از تعمیر و یا پیوند مجدد آن انجام دهد.
  • در نظرگیری های محیطی و غیر مجاز: همانند تمام باتری ها، دفع نهایی از زندگی یک نگرانی است. باتری های نازک فیلم اغلب از فلزات نادر یا سمی استفاده می کنند، اگرچه بسیاری از تولید کنندگان به سمت مواد قابل بازیافت یا زیست محیطی حرکت می کنند.

نگاهی به Ahead: نسل بعدی سیستم های Power-Aware بسته شده – Loop

مسیر منابع قدرت پوشیدنی به سمت سیستم های هوشمند است که منابع انرژی متعدد را ترکیب می کنند و مصرف را بهینه می کنند.برای مثال، یک پانکراس مصنوعی آینده ممکن است یک باتری اولیه نازک فیلم برای قدرت پایه، یک سلول قابل شارژ جامد برای بارهای اوج، یک TENLT یا TEG برای هماهنگ کردن شارژ در طول فعالیت، و شارژ بی سیم برای بالا بردن دستگاه وquors شبه، تنظیم الگوریتم های انرژی کنترل کننده را تنظیم کند.

فن آوری های نوظهور همچنین شامل سوپر خازن ها با چگالی بالا برای تحویل انفجار در هنگام بولوس، چاپ باتری که می تواند یک سنسور سوخت داخلی را در فرآیندهای رول به-roll مشابه چاپ روزنامه تولید، و قابل انعطاف پذیر سلول های خورشیدی [F5] [F] که به تازگی یک سنسور نور در داخل محیط زیست (در حال حاضر هیچ یک منبع نور در یک منبع نور در آن را اجرا نمی کند.

چندین استارت آپ در حال حاضر در حال تجاری سازی باتری های پزشکی انعطاف پذیر هستند. Enfucell باتری های انعطاف پذیر چاپ شده مورد استفاده در پچ های پزشکی پوشیدنی را تولید می کند و ]FLT:2Cambridge Nanosystems در حال توسعه شرکت های فوق العاده مبتنی بر گرافن است.

نتیجه گیری

نوآوری در منابع قدرت پوشیدنی صرفا بهبود و بهبود تدریجی نیست؛ آنها برای موج بعدی دستگاه های پانکراس مصنوعی، با تحویل زمان های طولانی تر، عوامل فرم کوچکتر، ایمنی ذاتی و کاهش بار کاربر، فن آوری های قابل اعتماد از باتری های نازک، برداشت انرژی، شارژ بی سیم، و سلول های جامد تبدیل آنچه که در مدیریت دیابت پایدار ممکن است، به عنوان راه حل های ایمنی و بدون مصرف کننده واقعی، اجازه می دهد تا افراد بدون مصرف کننده زندگی، و بدون مصرف کننده، به طور مداوم، اما اجازه می دهد تا به دست آوردن کیفیت شارژ آن را به طور مداوم، به دست آورند.