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कृत्रिम पैनक्रिया प्रणाली में पावर की महत्वपूर्ण भूमिका

कृत्रिम अग्न्याशय प्रणाली, जिसे बंद लूप इंसुलिन डिलीवरी सिस्टम भी कहा जाता है, पिछले दशक में मधुमेह प्रबंधन में सबसे महत्वपूर्ण प्रगति में से एक का प्रतिनिधित्व करती है। ये उपकरण लगातार ग्लूकोज की निगरानी करते हैं और एक इंसुलिन पंप के माध्यम से इंसुलिन वितरण को समायोजित करते हैं, एक स्वस्थ अग्न्याशय के कार्य की नकल करते हैं। यह बंद लूप ऑपरेशन एक स्थिर, विश्वसनीय बिजली आपूर्ति और मीडैश की मांग करता है; न केवल सेंसर और पंप मोटर्स को चलाने के लिए बल्कि घटकों, ऑनबोर्ड एल्गोरिदम, सुरक्षा जांच और उपयोगकर्ता इंटरफेस के बीच बिजली वायरलेस संचार के लिए भी। बिजली में कोई रुकावट, यहां तक कि कुछ मिनट के लिए भी, हाइपर-रिक्शा के स्रोत बन सकते हैं।

बंद लूप उपकरणों में बिजली की खपत वास्तविकता

आधुनिक कृत्रिम अग्न्याशय प्रणाली आम तौर पर कई उपप्रणाली को जोड़ती है, प्रत्येक अपनी खुद की बिजली प्रोफ़ाइल के साथ। CGM घटक, जिसमें इलेक्ट्रोकेमिकल सेंसर, ट्रांसमीटर और एंटीना शामिल हैं, स्थिर अवस्था में 50 से 200 माइक्रोवाट तक कहीं भी खींच सकते हैं, जिसमें डेटा ट्रांसमिशन के दौरान चोटियों के साथ। इसके अतिरिक्त, कई सिस्टम में एक माइक्रो-मोटर और पिस्टन शामिल होता है जो कई सौ मिलीवाटों को एक बोलस डिलीवरी के दौरान खींच सकता है, हालांकि औसत शक्ति लगभग 30 घंटे तक होती है।

पहनने योग्य विद्युत भंडारण और जनरेशन में सफलता

चिकित्सा पहनने योग्य, अनुसंधान टीमों और कंपनियों में पारंपरिक कठोर लिथियम आयन कोशिकाओं की सीमाओं को पहचानने के लिए कृत्रिम अग्न्याशय उपकरणों की अगली पीढ़ी को शक्ति देने के लिए कई समानांतर पथों का पीछा कर रहे हैं। निम्नलिखित नवाचार वर्तमान में विकास या प्रारंभिक व्यावसायिकीकरण के तहत सबसे आशाजनक दिशाएं दर्शाते हैं।

लचीला पतला फिल्म बैटरी

लचीली पतली फिल्म बैटरी को ठोस-राज्यीय इलेक्ट्रोलाइट परतों और पतली इलेक्ट्रोड फिल्मों का उपयोग करके बनाया जाता है जो बहुलक पन्नी या वस्त्र जैसे लचीले सब्सट्रेट पर जमा होती है। पारंपरिक थैली कोशिकाओं के विपरीत, ये बैटरी मानव शरीर के वक्रता के अनुरूप, मोड़ सकती हैं, और मानव शरीर के वक्रता के अनुरूप हो सकती हैं, जो बिना डेलामिनेशन या क्षमता हानि के। हजारों झुकने वाले चक्रों पर लचीलापन बनाए रखने के दौरान, वर्तमान में बैटरी आधारित एक विद्युत प्रणाली को अलग करने के लिए एक स्थिर विकल्प प्रदान करती है।

शरीर और पर्यावरण से ऊर्जा की कटाई

शक्ति चुनौती के लिए सबसे सुरुचिपूर्ण समाधान में से एक पहनने वाले और आरएसको से ऊर्जा को बचाने के लिए है; अपने शरीर या आसपास के वातावरण, बाहरी चार्जिंग की आवश्यकता को कम करने या नष्ट करने के लिए। कई मोडेलिटी सक्रिय जांच के तहत हैं:

काइनेटिक एनर्जी हार्वेस्ट

विद्युत चुम्बकीय जनरेटर शरीर की गति को विद्युत ऊर्जा में परिवर्तित कर सकते हैं। एक कृत्रिम अग्न्याशय पैच में एम्बेडेड छोटे उपकरणों को चलने, हाथ आंदोलनों या यहां तक कि साँस लेने से ऊर्जा को पकड़ सकता है। कैलिफोर्निया विश्वविद्यालय से अनुसंधान सैन डिएगो एक लचीली पीजोइलेक्ट्रिक हारवेस्टर प्रदर्शित करता है जो सामान्य चलने वाले गेट्स और मेडैश से 1 मेगावाट तक उत्पन्न होता है; हालांकि कम शक्ति वाले सीजीएम ट्रांसमीटर को शक्ति देने के लिए पर्याप्त है लेकिन फिर भी पूरे सिस्टम के लिए अपर्याप्त है। एकाधिक हारवेस्टर का सामना करना या उन्हें फटने के लिए सुपरकैप्टासिटर के साथ एकीकृत करना एक आशाजनक दृष्टिकोण है। Triboelectric नैनोजेनेटर (TENGs), जो कि 20WAT) के बीच स्लाइडिंग संपर्क उत्पन्न करता है।

थर्मल एनर्जी हार्वेस्ट

थर्मोइलेक्ट्रिक जनरेटर (TEG) त्वचा (~32–34°C) और परिवेशी हवा के बीच तापमान अंतर का दोहन करने के लिए वोल्टेज उत्पन्न करने के लिए। लचीला थर्मोइलेक्ट्रिक सामग्री में अग्रिम, जैसे बिस्मथ टेलिराइड नैनोवायर और कार्बनिक पॉलिमर, ने 20–50 μW/cm2 की शक्ति घनत्व के लिए पहनने योग्य TEGs की दक्षता में वृद्धि की है। जबकि अकेले पूरे कृत्रिम अग्न्याशय को चलाने के लिए पर्याप्त नहीं है, TEG बैटरी शक्ति को पूरक कर सकता है, 20&ndash द्वारा उपकरण रन टाइम बढ़ा सकता है; 30%। एमआईटी में शोधकर्ता प्रोटोटाइप प्रदर्शित करते हैं जो टीजी की कोशिकाओं को एक नरम सिलिकॉन तापमान में सुधार करता है।

जैव ईंधन सेल

अधिक भविष्यवादी दृष्टिकोण एंजाइमों या सूक्ष्मजीवों का उपयोग करता है जो पसीने या अंतरस्थागत तरल पदार्थ में मौजूद ग्लूकोज या लैक्टोटेट से बिजली उत्पन्न करने के लिए करता है। एक एंजाइमेटिक जैव ईंधन सेल (EBFC) सैद्धांतिक रूप से शारीरिक ग्लूकोज स्तर से 1 mW/cm2 तक उत्पादन कर सकता है। चूंकि ईंधन को शरीर द्वारा लगातार आपूर्ति की जाती है, इसलिए उपकरण अनिश्चित रूप से बिना किसी आवर्ती के संचालित हो सकता है। प्रैक्टिकल चुनौतियों में दिन और सप्ताहों के लिए एंजाइम स्थिरता, इलेक्ट्रोड मूर्खता और चयापचय राज्य के साथ बिजली उत्पादन की अस्थिरता शामिल है। म्यूनिख के तकनीकी विश्वविद्यालय से हाल के काम ने EBFCs दिखाया है जो अपने प्रारंभिक बिजली उत्पादन का 80% तक बनाए रखते हैं।

निर्बाध दैनिक उपयोग के लिए वायरलेस चार्जिंग

निष्क्रिय स्थितियों के लिए, वायरलेस चार्जिंग स्मार्टफोन में मानक बन गया है और अब चिकित्सा पहनने योग्य के लिए अनुकूलित किया जा रहा है। कृत्रिम अग्न्याशय उपकरणों के लिए, वायरलेस चार्जिंग उजागर संपर्कों की आवश्यकता को समाप्त करता है, संक्रमण जोखिम को कम करता है और वॉटरप्रूफिंग को सरल बनाता है। नए अनुनाद युग्मन सिस्टम त्वचा संपर्क परत के कई मिलीमीटर के माध्यम से चार्ज कर सकते हैं, जिससे उपयोगकर्ता को अपने डिवाइस को केवल 30 से 60 मिनट तक पहुंचाने की अनुमति मिलती है। कुछ अनुसंधान समूह उच्च आवृत्ति (6.78 मेगाहर्ट्ज) पर अनुनादित वायरलेस पावर ट्रांसफर (WPT) की खोज कर रहे हैं ताकि आपातकालीन बैकअप को ठीक से संरेखित किया जा सके।

ठोस राज्य बैटरियों: उच्च घनत्व और आंतरिक सुरक्षा

ठोस राज्य बैटरी तरल या बहुलक जेल इलेक्ट्रोलाइट को एक सिरेमिक या ठोस बहुलक इलेक्ट्रोलाइट के साथ बदल देती है, जो लिथियम धातु के एनोड के उपयोग को बहुत अधिक ऊर्जा घनत्व और mdash के लिए सक्षम बनाती है; संभावित रूप से 300 और ndash; 400 Wh / L बनाम 200 और ndash; 250 Wh / L पारंपरिक ली-आयन के लिए। पहनने योग्य चिकित्सा उपकरणों के लिए, सबसे बड़ा लाभ सुरक्षा है: ठोस इलेक्ट्रोलाइट्स गैर-ज्वलनशील और लीक नहीं होते हैं, हालांकि थर्मल रनवे के जोखिम को समाप्त कर सकते हैं जो कुछ उपभोक्ता इलेक्ट्रॉनिक्स को plagued कर सकते हैं। जैसे कंपनियां

रोगियों और नैदानिक परिणामों के लिए टेंगिबल लाभ

इन शक्ति नवाचारों में से प्रत्येक सीधे मधुमेह वाले लोगों के लिए बेहतर उपयोगकर्ता अनुभव और स्वास्थ्य परिणामों में अनुवाद करता है। सबसे तत्काल लाभ विस्तारित डिवाइस रनटाइम है। वर्तमान कृत्रिम अग्न्याशय प्रणालियों को अक्सर हर 24 से 72 घंटे अपने पंपों को रिचार्ज करने की आवश्यकता होती है। पतली फिल्म और ठोस राज्य बैटरी जैसे नवाचार 7 और डैश तक बढ़ा सकते हैं; 14 दिन या उससे अधिक, दैनिक चार्जिंग दिनचर्या के बोझ को कम करने की संभावना। यह सुविधा लगातार उपयोग को प्रोत्साहित करती है, जो बेहतर ग्लाइसेमिक नियंत्रण से संबंधित है। Diabetes प्रौद्योगिकी और उनमें कमी हुई है जो कि 12 और अधिक थकान हो गई है।

इसके अलावा, ] ने डिवाइस का आकार और वजन को लचीला और उच्च ऊर्जा घनत्व वाली बैटरी आराम और विवेक को बेहतर बनाती है। एक पतला, हल्का पैच बिना किसी रुकावट के कपड़ों के नीचे पहना जा सकता है, जिससे आत्म-चेतना को कम किया जा सकता है और पालन में सुधार किया जा सकता है, खासकर किशोरों और युवा वयस्कों के बीच। Advanced सुरक्षा सुविधाओं ठोस राज्य और पतली फिल्म रसायन शास्त्रों द्वारा सक्षम बैटरी विफलता, सूजन, या अति ताप के जोखिम को कम किया जा सकता है, जो दुर्लभ हैं लेकिन पारंपरिक लिथियम आयन कोशिकाओं के साथ संबंधित हैं। वायरलेस चार्जिंग उपकरण यांत्रिक पहनने और लंबी सुरक्षा मुद्दों को कम करता है।

टाइप 1 मधुमेह वाले रोगियों के लिए, का एकीकरणऊर्जा कटाई अंततः वास्तव में रखरखाव मुक्त उपकरणों का कारण बन सकता है जिन्हें कभी भी चार्ज करने के लिए हटाया नहीं जा सकता है, जिससे बिना रुकावट के निरंतर बंद लूप नियंत्रण सक्षम हो सकता है। यह नींद के दौरान विशेष रूप से मूल्यवान होगा, जब उपयोगकर्ता इसे चार्ज करने के लिए एक उपकरण को हटा सकते हैं और इस प्रकार रात भर स्वचालित इंसुलिन वितरण खो सकते हैं। अध्ययनों से पता चलता है कि बंद लूप थेरेपी में भी लघु ब्रेक से ग्लाइसेमिक भ्रमण हो सकता है, इसलिए निर्बाध शक्ति एक नैदानिक प्राथमिकता है।

दत्तकता के लिए पथ पर शेष चुनौतियां

रोमांचक प्रगति के बावजूद, इन शक्ति नवाचारों को वाणिज्यिक कृत्रिम अग्न्याशय उपकरणों में मानक बनने से पहले कई बाधाओं को दूर किया जाना चाहिए।

Ahead: The अगली पीढ़ी of Power-Aware Closed-Loop Systems

पहनने योग्य शक्ति स्रोतों की trajectory बुद्धिमान प्रणालियों की ओर है जो कई ऊर्जा स्रोतों को जोड़ती है और खपत को अनुकूलित करती है। उदाहरण के लिए, एक भविष्य के कृत्रिम अग्न्याशय बेसलाइन पावर के लिए एक पतली फिल्म प्राथमिक बैटरी को एकीकृत कर सकता है, पीक लोड के लिए एक ठोस राज्य रिचार्जेबल सेल, गतिविधि के दौरान ट्रैपल चार्जिंग के लिए एक टीईएनजी या टीईजी और रात भर में टॉपिंग के लिए वायरलेस चार्जिंग। डिवाइस एंड आरएसको; माइक्रो नियंत्रक उपयोगकर्ता और आरएसको के आधार पर बिजली की मांग का पूर्वानुमान लगाने के लिए मशीन लर्निंग एल्गोरिदम चला सकता है; गतिविधि पैटर्न और उपलब्ध ऊर्जा के साथ संरेखित होने के लिए इंसुलिन डिलीवरी शेड्यूल को समायोजित करता है। यह [FLT: 0] पावर-एवेयर बंद लूप नियंत्रण, एक बिजली सामग्री का प्रतिनिधित्व करता है।

उभरती प्रौद्योगिकियों में भी शामिल हैं सुपरकैपेसिटर्स में बोल्यूस के दौरान फटने के लिए उच्च शक्ति घनत्व के साथ, प्रिंटेड बैटरी जिसे रोल-टू-रोल प्रक्रियाओं का उपयोग करके अखबार प्रिंटिंग के समान बनाया जा सकता है, और flexible Solar cells ] that can increase ambient इनडोर प्रकाश (हालांकि बहुत कम शक्ति पर)]. स्टैनफोर्ड विश्वविद्यालय में शोधकर्ताओं ने हाल ही में एक आत्म-संचालित जैव सेंसर ] का प्रदर्शन किया है कि सभी संभव सेल चलाने के लिए एक संभव बिजली के लिए एक वायरलेस सेंसर की आवश्यकता है।

कई स्टार्ट-अप पहले से ही लचीले चिकित्सा बैटरी का विज्ञापन कर रहे हैं। Enfucell] पहनने योग्य चिकित्सा पैच में इस्तेमाल की जाने वाली मुद्रित लचीली बैटरी पैदा करता है, और Cambridge Nanosystems] ग्राफीन आधारित सुपरकैपेसिटर विकसित कर रहा है। Medtronic, Insulet, और Tandem मधुमेह केयर जैसी प्रमुख चिकित्सा उपकरण कंपनियों ने अगली पीढ़ी के बिजली समाधान में सक्रिय रूप से निवेश किया है, जैसा कि हाल के पेटेंट फाइलिंग और बैटरी स्टार्टअप के साथ साझेदारी द्वारा प्रमाणित है। पहनने योग्य चिकित्सा उपकरण बैटरी के लिए बाजार को एक प्रमुख खंड के साथ $5 बिलियन से अधिक की पेशकश की जाती है।

निष्कर्ष

पहनने योग्य शक्ति स्रोतों में नवाचार केवल वृद्धिशील सुधार और मेडैश नहीं हैं; वे कृत्रिम अग्न्याशय उपकरणों की अगली लहर के लिए आधारीय सक्षम हैं। लंबे समय तक चलने वाले समय तक, छोटे रूप कारकों, अंतर्निहित सुरक्षा और उपयोगकर्ता के बोझ को कम करके, लचीली पतली फिल्म बैटरी, ऊर्जा कटाई, वायरलेस चार्जिंग और ठोस-राज्य कोशिकाओं जैसी तकनीकें मधुमेह के प्रबंधन में क्या संभव है, तब्दील हो रही हैं। चूंकि ये शक्ति समाधान परिपक्व और नियामक अनुमोदन प्राप्त करते हैं, वे वास्तव में निरंतर, चिंता रहित स्वचालित इंसुलिन डिलीवरी का अनुभव करने वाले व्यक्तियों को अनुमति देंगे। परिणाम न केवल बेहतर ग्लाइसेमिक परिणाम होंगे बल्कि जीवन और मिशन की गुणवत्ता में कृत्रिम सुधार भी होगा।