सभी दिनों के उपयोग के लिए कृत्रिम पैनक्रिया उपकरणों को शक्ति देने के लिए अभिनव दृष्टिकोण

अगली पीढ़ी के मधुमेह प्रौद्योगिकी में पावर चैलेंज

कृत्रिम अग्न्याशय, अक्सर एक बंद लूप इंसुलिन वितरण प्रणाली के रूप में संदर्भित, टाइप 1 मधुमेह प्रबंधन में सबसे महत्वपूर्ण प्रगति में से एक का प्रतिनिधित्व करता है। ये उपकरण एक सतत ग्लूकोज मॉनिटर (CGM), एक इंसुलिन पंप और वास्तविक समय रक्त शर्करा रीडिंग के आधार पर इंसुलिन वितरण को स्वचालित रूप से समायोजित करने के लिए एक नियंत्रण एल्गोरिथ्म को जोड़ते हैं। मधुमेह के साथ रहने वाले व्यक्तियों के लिए, यह तकनीक निरंतर निर्णय लेने के बोझ को कम करने और ग्लाइसेमिक नियंत्रण में सुधार करने का वादा करती है। हालांकि, बहुत ही ऐसी सुविधा जो इन प्रणालियों को परिवर्तनकारी और mdash बनाता है; निरंतर, स्वचालित ऑपरेशन और mdash; एक मूलभूत इंजीनियरिंग चुनौती बनाती है: डिवाइस को बिना किसी रुकावट के बिना किसी रुकावट के बिना किसी भी समय पर निर्भरतापूर्वक चलाने की आवश्यकता होती है।

स्मार्टफोन या लैपटॉप के विपरीत, जिसे रात के दौरान संचालित या चार्ज किया जा सकता है, एक कृत्रिम अग्न्याशय को घड़ी के आसपास काम करना चाहिए। एक बिजली की विफलता, यहां तक कि एक संक्षिप्त व्यक्ति, इंसुलिन डिलीवरी या ग्लूकोज मॉनिटरिंग को बाधित कर सकता है, जिससे खतरनाक रक्त शर्करा में उतार-चढ़ाव हो सकता है। यह आवश्यकता एक महत्वपूर्ण सुरक्षा घटक के लिए एक सरल सुविधा से बिजली स्रोत को बदल देती है। चूंकि ये सिस्टम छोटे, अधिक पहनने योग्य हो जाते हैं, और दैनिक जीवन में तेजी से एकीकृत हो जाते हैं, अभिनव बिजली समाधान की आवश्यकता जो लगातार रिचार्जिंग या बैटरी स्वैप के बिना सभी दिन के उपयोग का समर्थन कर सकती है, शोधकर्ताओं और उपकरण निर्माताओं के लिए एक दबाव प्राथमिकता बन गई है।

वर्तमान विद्युत समाधान और उनकी सीमाएँ

अधिकांश व्यावसायिक रूप से उपलब्ध कृत्रिम अग्न्याशय प्रणाली लिथियम आयन या लिथियम पॉलिमर रिचार्जेबल बैटरी पर निर्भर करती है। ये शक्ति स्रोत अच्छी तरह से कमज़ोर होते हैं और उपभोक्ता इलेक्ट्रॉनिक्स में व्यापक रूप से उपयोग किए जाते हैं, जो ऊर्जा घनत्व, वजन और लागत के बीच उचित संतुलन प्रदान करते हैं। हालांकि, कई आंतरिक सीमाएं तब स्पष्ट हो जाती हैं जब इन बैटरी को एक चिकित्सा उपकरण में तैनात किया जाता है जिसे लगातार काम करना चाहिए।

बैटरी का आकार और फॉर्म फैक्टर

लिथियम आयन बैटरी एक सीजीएम रिसीवर, एक पंप मोटर और डेटा ट्रांसमिशन के लिए एक ब्लूटूथ रेडियो दोनों को शक्ति देने के लिए उपयुक्त है, आम तौर पर कई सेंटीमीटर मापती है। यह थोक डिवाइस डिजाइन पर बाधाएं लागू करता है। निर्माता को या तो बड़े उपकरणों का निर्माण करना चाहिए जो बड़ी बैटरी को समायोजित करते हैं या छोटे रन टाइम को स्वीकार करते हैं। उपयोगकर्ताओं के लिए, यह ट्रेड-ऑफ सीधे आराम, विवेक और पहनने की क्षमता को प्रभावित करता है। एक पंप जो कपड़ों के तहत ध्यान में रखा जाता है या त्वचा पर भारी महसूस करता है, लगातार उपयोग को रोक सकता है, जिससे स्वचालित चिकित्सा के बहुत लाभ कम हो सकते हैं।

आवृत्ति और उपयोगकर्ता Burden रिचार्जिंग

अभ्यास में, कई वर्तमान कृत्रिम अग्न्याशय उपकरणों को उपयोग पैटर्न, ब्लूटूथ कनेक्टिविटी ताकत और इंसुलिन वितरण की आवृत्ति के आधार पर हर 12 से 24 घंटे में रिचार्ज करने की आवश्यकता होती है। एक उपयोगकर्ता को हर दिन एक चिकित्सा उपकरण को चार्ज करने की आवश्यकता होती है, और उस चार्जिंग विंडो के आसपास की योजना बनाने के लिए, संज्ञानात्मक बोझ का एक रूप को फिर से शुरू करता है कि प्रौद्योगिकी का उद्देश्य समाप्त करना है। रात्रि समय चार्ज विशेष रूप से समस्याग्रस्त हो सकता है: यदि डिवाइस को चार्ज करने की आवश्यकता होती है जबकि उपयोगकर्ता नींद लेता है, तो वह चार्जिंग सत्र सुरक्षित होना चाहिए और इंसुलिन या ध्वनि अलार्म देने की डिवाइस की क्षमता में हस्तक्षेप नहीं कर सकता है।

बैटरी समय पर गिरावट

रिचार्जेबल लिथियम आयन बैटरी प्रत्येक चार्ज चक्र के साथ क्षमता खो देती है। एक ठेठ दो से चार साल के डिवाइस जीवनकाल में, एक बैटरी अपनी मूल क्षमता का 70 या 80 प्रतिशत तक गिरावट हो सकती है, जिसका अर्थ है उपयोगकर्ता का अनुभव प्रगतिशील रूप से कम रन टाइम होता है। इस गिरावट को शरीर की गर्मी, लगातार गहरी निर्वहन और पहनने योग्य उपकरणों की सामान्य चाल के संपर्क में आने से त्वरित किया जा सकता है। आखिरकार, बैटरी को प्रतिस्थापित किया जाना चाहिए, अक्सर निर्माता या क्लिनिक की यात्रा और मैदाश में एक उपकरण वापसी की आवश्यकता होती है; एक असुविधा जो चिकित्सा को बाधित कर सकती है।

सुरक्षा के अंत में चिंता

जब लिथियम आयन बैटरी में कमी आती है, तो डिवाइस को महत्वपूर्ण कार्यों को बनाए रखने के दौरान शक्ति का संरक्षण करना चाहिए। कई सिस्टम कम शक्ति वाले मोड को लागू करते हैं जो CGM नमूना आवृत्ति को कम करते हैं, ब्लूटूथ ट्रांसमिशन पावर को कमजोर करते हैं, या गैर-आवश्यक अलार्म को निष्क्रिय करते हैं। जबकि ये उपाय रन टाइम बढ़ाते हैं, वे प्रदर्शन को ठीक से तब तक कम कर सकते हैं जब उपयोगकर्ता को डिवाइस को सबसे अधिक और mdash की आवश्यकता हो सकती है; नींद के दौरान या जब रक्त शर्करा पहले से ही अस्थिर है। एक शक्ति स्रोत जो पूरी कार्यक्षमता को अपने इच्छित उपयोग अवधि में बनाए रख सकता है, इसलिए सिर्फ एक सुविधा नहीं बल्कि रोगी सुरक्षा आवश्यकता है।

कृत्रिम पैनक्रिया उपकरण को शक्ति देने के लिए अभिनव दृष्टिकोण

पारंपरिक बैटरी, शोधकर्ताओं और इंजीनियरों की सीमाओं को पहचानने के लिए कृत्रिम अग्न्याशय प्रणालियों को शक्ति देने के लिए कई उपन्यास रणनीतियों का पीछा कर रहे हैं। इन दृष्टिकोणों का उद्देश्य बाहरी चार्जिंग की आवश्यकता को कम करना या समाप्त करना, डिवाइस आकार को सिकुड़ना और हर दिन वास्तविक उपयोग के लिए विश्वसनीयता में सुधार करना है।

1. शरीर से ऊर्जा हार्वेस्ट

ऊर्जा कटाई प्रौद्योगिकी उपयोगकर्ता के शरीर या पर्यावरण से परिवेश ऊर्जा को कैप्चर करती है और इसे विद्युत शक्ति में परिवर्तित करती है। पहनने योग्य चिकित्सा उपकरणों के लिए, सबसे आशाजनक कटाई विधियां उन स्रोतों पर आकर्षित होती हैं जो स्वाभाविक रूप से और लगातार उपलब्ध हैं।

]Piezoelectric ऊर्जा कटाई उन सामग्रियों पर निर्भर करता है जो यांत्रिक रूप से तनावग्रस्त होने पर विद्युत शुल्क उत्पन्न करते हैं। एक पहनने योग्य संदर्भ में, श्वास के दौरान पैदल चलने, हाथ की गति या यहां तक कि विस्तार और छाती के संकुचन का भीटा जा सकता है। शोधकर्ताओं ने लचीली पीजोइलेक्ट्रिक फिल्मों को विकसित किया है जिसे इंसुलिन पंप आवासों या ट्यूबिंग में एकीकृत किया जा सकता है। एक अध्ययन से पता चला है कि ऊपरी बांह पर पहने हुए एक पीज़ोइलेक्ट्रिक हारवेस्टर सामान्य दैनिक गतिविधि और mdash के दौरान 50 माइक्रो वाट तक उत्पन्न हो सकता है; कम बिजली वाले ब्लूटूथ ट्रांसमीटर को शक्ति देने के लिए पर्याप्त है।

]Thermoelectric ऊर्जा कटाई त्वचा के बीच तापमान अंतर का फायदा उठाता है (लगभग 32 & ndash;35°C) और परिवेश पर्यावरण। थर्मोइलेक्ट्रिक जनरेटर (TEG) त्वचा के खिलाफ रखा गया है, जब भी तापमान ढाल मौजूद हो तब भी बिजली की मात्रा का उत्पादन कर सकता है। 22° पर कमरे में बैठे व्यक्ति के लिए;C, एक अच्छी तरह से डिजाइन किए गए TEG कई माइक्रो वाट को कुछ मिलीवेट्स तक उत्पन्न कर सकता है। जबकि ये शक्ति का स्तर मामूली हैं, वे बैटरी या सुपरकैप्टर को चार्ज करने के लिए पर्याप्त हो सकते हैं, जो बाहरी शुल्कों के बीच समग्र समय को बढ़ा सकते हैं।

]Bio Fuel cells एक अधिक कट्टरपंथी दृष्टिकोण का प्रतिनिधित्व करते हैं: वे शरीर में जैव रासायनिक प्रतिक्रियाओं से सीधे बिजली उत्पन्न करते हैं। एंजाइमेटिक ईंधन कोशिकाएं, उदाहरण के लिए, अंतरस्थाई तरल या रक्तप्रवाह में ग्लूकोज से ऊर्जा की कटाई कर सकती हैं। यह अवधारणा विशेष रूप से कृत्रिम अग्न्याशय के लिए सुरुचिपूर्ण है क्योंकि उपकरण में पहले से ही ग्लूकोज डेटा तक पहुंच है और सैद्धांतिक रूप से ईंधन का उपयोग कर सकता है, यह भी विनियमन है। प्रारंभिक चरण अनुसंधान ने दिखाया है कि ग्लूकोज जैव ईंधन कोशिकाएं 1 से 100 माइक्रोवाट प्रति वर्ग सेंटीमीटर इलेक्ट्रोड क्षेत्र की सीमा में बिजली घनत्व का उत्पादन कर सकती हैं, जिसमें जैव-संगतता की स्थिरता को आकर्षित करने के लिए समय-अवधि में मापा जाता है।

2. वायरलेस पावर ट्रांसफर और रिमोट चार्जिंग

वायरलेस पावर ट्रांसफर (WPT) तकनीकें डिवाइस को भौतिक संपर्क के बिना बिजली स्रोत के लिए चार्ज करने में सक्षम बनाती हैं। एक कृत्रिम अग्न्याशय के लिए, इसका मतलब चार्ज करना हो सकता है जबकि उपयोगकर्ता सोता है, डेस्क पर बैठता है, या यहां तक कि ड्राइव करता है, बिना डिवाइस को हटाने या चार्जिंग पोर्ट तक पहुंच की आवश्यकता के।

]Resonant inductive युग्मन सबसे परिपक्व WPT विधि है। यह डिवाइस के अंदर एक संबंधित कुंडल में वर्तमान में उत्पन्न करने के लिए एक चार्जिंग पैड में एक कॉइल द्वारा उत्पन्न चुंबकीय क्षेत्रों का उपयोग करता है। यह दृष्टिकोण पहले से ही कई उपभोक्ता पहनने योग्य और चिकित्सा प्रत्यारोपण को शक्ति देता है। एक कृत्रिम अग्न्याशय के लिए, अनुनाद निष्क्रिय चार्जिंग उपयोगकर्ता को बिस्तर के किनारे की चटाई या संक्षिप्त अवधि के लिए पॉकेट-आकार वाले चार्जर के पास डिवाइस रखने की अनुमति देगा। चूंकि युग्मन चुंबकीय है, वहाँ कोई विद्युत संपर्क नहीं है, जंग और प्रवेश बिंदुओं को समाप्त करना जो जलरोधक से समझौता करते हैं। मुख्य सीमा निकटता है: डिवाइस को कुछ सेंटीमीटर के भीतर स्वतंत्र रूप से गुजरने वाले ट्रांसमीटरों के लिए स्वतंत्र रूप से गुजरने की आवश्यकता होती है।

] Far-field वायरलेस शक्ति रेडियो आवृत्ति (RF) ऊर्जा का उपयोग कर एक अधिक महत्वाकांक्षी दृष्टिकोण है। ट्रांसमीटर ISM बैंड में काम करते हैं (जैसे, 915 मेगाहर्ट्ज या 2.4 गीगाहर्ट्ज़) कई मीटर की दूरी पर बिजली को बीम कर सकते हैं। डिवाइस में एंटीना प्राप्त करने से उस RF ऊर्जा का एक हिस्सा बन जाता है और इसे DC पावर में सुधार होता है। हालांकि, यह तकनीक कम बिजली वाले सेंसरों (जैसे RFID टैग और पर्यावरण मॉनिटर्स) के लिए प्रदर्शित की गई है, जो मीटर पैमाने पर प्राप्त होने वाले बिजली के स्तर आम तौर पर माइक्रो वाट रेंज और mdash में होती है; एक स्तर की गति को कम करने वाली ऊर्जा को कम करने वाली क्षमता को कम करने वाली क्षमता को कम करती है।

]अल्ट्रासोनिक पावर ट्रांसफर ऊतक और हवा के माध्यम से ऊर्जा संचारित करने के लिए ध्वनि तरंगों का उपयोग करता है। इस विधि की जांच गहरे प्रत्यारोपण वाले चिकित्सा उपकरणों के लिए की जा रही है, लेकिन यह पहनने योग्य प्रणालियों के लिए भी लागू हो सकता है। अल्ट्रासाउंड चुंबकीय क्षेत्रों की तुलना में अधिक प्रभावी ढंग से धातु आवास और पानी (स्वीट) के माध्यम से प्रवेश कर सकता है, और इसे सटीक कुंडल संरेखण की आवश्यकता नहीं है। अनुसंधान समूहों ने कई सेंटीमीटर की दूरी पर 10 से 30 प्रतिशत की अल्ट्रासोनिक पावर ट्रांसफर क्षमता का प्रदर्शन किया है, जिससे मिलिटॉट्स की शक्ति उत्पन्न हो सकती है। एक कृत्रिम पैनक्रिया के लिए, एक अल्ट्रासोनिक चार्जर को एक wristband या पैच के रूप में पहना जा सकता है जो शरीर के माध्यम से प्राप्त करने के लिए एक इकाई प्राप्त करने के माध्यम से बिजली संचारित होने के माध्यम से बिजली संचारित होने के लिए बिजली को नियंत्रित किया जा सकता है।

3. उन्नत बैटरी रसायन विज्ञान और भंडारण प्रौद्योगिकी

यहां तक कि ऊर्जा कटाई और वायरलेस शक्ति के साथ, अधिकांश प्रणालियों को अभी भी उच्च मांग की अवधि के दौरान बफर पावर के लिए स्थानीय ऊर्जा भंडारण तत्व की आवश्यकता होगी (उदाहरण के लिए, जब पंप मोटर सक्रिय रूप से एक बोलस प्रदान कर रहा है) या जब कटाई की स्थिति प्रतिकूल हो रही है। भंडारण तत्व में सुधार करना ही एक और महत्वपूर्ण पथ है।

]Solid-state बैटरी एक ठोस सिरेमिक या बहुलक इलेक्ट्रोलाइट के साथ पारंपरिक लिथियम आयन कोशिकाओं में पाए गए तरल या जेल इलेक्ट्रोलाइट की जगह ले ली है। यह डिज़ाइन चिकित्सा पहनने योग्य के लिए कई फायदे प्रदान करता है: उच्च ऊर्जा घनत्व (potentially 2– लिथियम आयन के 3 गुना), इलेक्ट्रोलाइट रिसाव का कोई जोखिम नहीं, और एक व्यापक ऑपरेटिंग तापमान रेंज। ठोस राज्य बैटरी भी स्वाभाविक रूप से गैर ज्वलनशील हैं, जो कुछ पहनने योग्य चिकित्सा उपकरणों की याद करने के लिए नेतृत्व किया है। Ilika और क्वांटमस्कैप जैसी कंपनियों ने विशेष रूप से प्रदर्शन क्षमता के लिए डिज़ाइन किए गए ठोस राज्य कोशिकाओं की घोषणा की है।

Thin-फिल्म बैटरी एक अन्य संस्करण है जो पहनने योग्य डिवाइस के अंतरिक्ष-संस्थाित वातावरण के अनुरूप है। वाष्प जमान तकनीकों का उपयोग करते हुए, निर्माता माइक्रोमीटर में मापा मोटाई के साथ बैटरी बना सकते हैं। इन फिल्मों को सीधे डिवाइस के सर्किट बोर्ड पर या यहां तक कि लचीला सब्सट्रेट पर जमा किया जा सकता है, जिससे बैटरी को आवास के आकार के अनुरूप होने की अनुमति मिलती है। जबकि पतली फिल्म बैटरी थोक कोशिकाओं की तुलना में कम कुल ऊर्जा स्टोर करती है, उनका फॉर्म फैक्टर डिजाइनरों को अधिक कुशलता से उपलब्ध स्थान का उपयोग करने की अनुमति देता है। एक कृत्रिम पैनक्रिया के लिए जो छोटे और हल्के रहना चाहिए, एक पतली फिल्म बैटरी को पंप मोटर के बिना लपेटा जा सकता है या एक अधिकतम ऊर्जा प्रदर्शित होने के लिए।

Supercapacitors अल्पकालिक ऊर्जा भंडारण के लिए बैटरी के लिए एक विकल्प प्रदान करते हैं। वे बहुत जल्दी और mdash शक्ति के उच्च फटने को वितरित कर सकते हैं; इस क्षण के लिए जब एक इंसुलिन पंप मोटर शुरू होता है और mdash; और उन्हें बिना गिरावट के हजारों बार चार्ज और छुट्टी दे दी जा सकती है। एक हाइब्रिड ऊर्जा भंडारण प्रणाली जो चरम भार के लिए एक छोटे सुपरकैप्टेटर का संयोजन करती है और बेसलाइन पावर के लिए एक बैटरी बार उच्च वर्तमान ड्रॉ के तनाव को कम करके बैटरी जीवन को बढ़ा सकती है। ग्राफीन या कार्बन नैनोट्यूब इलेक्ट्रोड पर आधारित सुपरकैप्टर विशेष रूप से उनके उच्च सतह क्षेत्र और चार्ज-डिस चार्ज दरों के कारण तेजी से वादा कर रहे हैं।

4. पावर मैनेजमेंट और लो-पावर डिज़ाइन

इसके अलावा, कैसे उपकरण ऊर्जा का प्रबंधन और उपभोग करता है, यह भी महत्वपूर्ण है।

]Adaptive नमूनाकरण और संचरण ऐसी रणनीति है। एक निश्चित उच्च दर (जैसे हर मिनट) पर ग्लूकोज का नमूना लेने के बजाय, डिवाइस गतिशील रूप से रक्त शर्करा के परिवर्तन की दर के आधार पर अपनी नमूना आवृत्ति को समायोजित कर सकता है। जब ग्लूकोज का स्तर स्थिर होता है, तो सीजीएम हर पांच मिनट का नमूना ले सकता है और डेटा को लगातार संचारित कर सकता है। जब ग्लूकोज़ बढ़ रहा है या तेजी से गिर रहा है, तो सिस्टम अपने नमूना और ट्रांसमिशन दर को तंग नियंत्रण प्रदान करने के लिए बढ़ाता है। यह अनुकूल दृष्टिकोण औसत बिजली की खपत को 40 से 60 प्रतिशत तक कम कर सकता है।

]Sleep मोड और जगा ट्रिगर डिवाइस को कम गतिविधि की अवधि के दौरान गैर-क्रिटिकल सबसिस्टम को शक्ति देने की अनुमति देता है। उदाहरण के लिए, ब्लूटूथ रेडियो, जो अक्सर सबसे बड़ी शक्ति उपभोक्ताओं में से एक है, को अनुसूचित डेटा प्रसारण के बीच एक गहरी नींद की स्थिति में रखा जा सकता है। CGM सेंसर, पंप नियंत्रक, और एल्गोरिदम प्रोसेसर समान रूप से कम शक्ति वाले राज्यों में सक्रिय रूप से आवश्यक नहीं होने पर प्रवेश कर सकता है। एक वास्तविक समय घड़ी और बाधित-चालित जाग ट्रिगर का एक सेट (जैसे, अलार्म सिग्नल या एक पता चला ग्लूकोज क्रॉसिंग) डिवाइस को मिलिसेकेंड बैटरी के भीतर पूर्ण संचालन में वापस ला सकता है।

]Energy-कुशल एल्गोरिदम कार्यान्वयन भी मामले हैं। नियंत्रण एल्गोरिदम जो इंसुलिन वितरण दरों की गणना करता है, को एक पावर- भूख डिजिटल सिग्नल प्रोसेसर के बजाय एक कम शक्ति माइक्रोकंट्रोलर पर निश्चित बिंदु अंकगणित में कार्यान्वित किया जा सकता है। शोधकर्ताओं ने दिखाया है कि एक आनुपातिक-एकल-ड्युटिवेटिव (PID) नियंत्रक या एक मॉडल भविष्यवाणक नियंत्रण (MPC) एल्गोरिदम सक्रिय मोड में 100 माइक्रोकंट्रोलर से कम खपत पर चल सकता है, जबकि अभी भी ग्लूकोज विनियमन की वास्तविक समय आवश्यकताओं को पूरा करता है। प्रदर्शन और दक्षता के सही संतुलन वाले घटकों का चयन प्रत्येक इंजीनियरिंग क्षेत्र में एक महत्वपूर्ण इंजीनियरिंग निर्णय है।

नोवेल पावर सिस्टम के लिए सुरक्षा और नियामक विचार

एक चिकित्सा उपकरण में एक नई शक्ति प्रौद्योगिकी का परिचय देते हुए, विशेष रूप से एक जो सीधे इंसुलिन वितरण को नियंत्रित करता है, को कठोर सुरक्षा सत्यापन और नियामक अनुमोदन की आवश्यकता होती है। अमेरिकी खाद्य और औषधि प्रशासन (एफडीए) और अंतर्राष्ट्रीय निकायों जैसे अंतर्राष्ट्रीय विद्युत विद्युत आयोग (आईईसी) ने चिकित्सा विद्युत उपकरणों के लिए मानकों की स्थापना की है, जिसमें बैटरी सुरक्षा, विद्युत चुम्बकीय संगतता और जोखिम प्रबंधन शामिल है।

]] ऊर्जा की खपत की अप्रत्याशितता जटिलता की एक नई परत को पेश करती है। डिवाइस को सुरक्षित रूप से काम करने के लिए डिज़ाइन किया जाना चाहिए, भले ही कटाई की स्थिति खराब हो और mdash; उदाहरण के लिए, यदि उपयोगकर्ता कई घंटों तक अवसादग्रस्त है। एक प्रणाली जो कटाई की गई ऊर्जा पर भारी निर्भर करती है, एक निश्चित अवधि के लिए महत्वपूर्ण कार्यों को बनाए रखने के लिए पर्याप्त क्षमता के साथ बैकअप ऊर्जा आरक्षित होना चाहिए। रिचार्जेबल चिकित्सा उपकरणों पर एफडीए के मार्गदर्शन के लिए निर्माताओं को विभिन्न राज्यों के प्रभारी डिवाइस के प्रदर्शन की विशेषता है और यह सुनिश्चित करने के लिए कि उपकरण किसी भी महत्वपूर्ण कार्य के नुकसान से पहले चेतावनी प्रदान करता है।

]]] ऊतक हीटिंग और विद्युत चुम्बकीय क्षेत्र के संपर्क पर सुरक्षा चिंताओं केंद्र. विशिष्ट अवशोषण दर (SAR) सीमा यह सुनिश्चित करने के लिए संतुष्ट होना चाहिए कि RF या अल्ट्रासोनिक ऊर्जा थर्मल क्षति का कारण नहीं है। 1 मेगाहर्ट्ज से नीचे आवृत्तियों पर कार्यरत प्रेरक चार्जिंग सिस्टम आम तौर पर न्यूनतम जोखिम पेश करते हैं, लेकिन उच्च आवृत्तियों पर काम करने वाले दूर क्षेत्र आरएफ सिस्टम को सावधानीपूर्वक एंटीना डिजाइन और बिजली की सीमा की आवश्यकता होती है। मानकों का IEC 60601 परिवार ऐसे सिस्टमों के परीक्षण और मान्य करने के लिए एक ढांचा प्रदान करता है।

]अग्रिम बैटरी रसायन विज्ञान के लिए, ज्वलनशीलता और विषाक्तता प्रमुख चिंताओं को बने रहे हैं। ठोस राज्य बैटरी तरल इलेक्ट्रोलाइट बैटरी की तुलना में स्वाभाविक रूप से सुरक्षित हैं, लेकिन उन्हें अभी भी शॉर्ट सर्किट, ओवरचार्ज और पंचर स्थितियों के लिए कठोर परीक्षण करना चाहिए। टेस्ट और मानदंड के संयुक्त राष्ट्र मैनुअल (UN 38.3) लिथियम बैटरी परिवहन सुरक्षा के लिए मान्यता प्राप्त मानक है, और इसी तरह के परीक्षण प्रोटोकॉल उभरते रसायन विज्ञान के लिए विकसित किए जा रहे हैं।

एकीकरण चुनौतियां और सिस्टम लेवल डिज़ाइन

एक उपन्यास शक्ति स्रोत को अपनाने के लिए केवल एक दूसरे के लिए एक बैटरी को स्वैप करने का कोई मामला नहीं है। पूरे उपकरण वास्तुकला को ध्यान में रखते हुए पावर सिस्टम के साथ डिजाइन किया जाना चाहिए।

]Thermal प्रबंधन अधिक महत्वपूर्ण हो जाता है जब ऊर्जा कटाई घटक गर्मी उत्पन्न करते हैं या जब वायरलेस चार्जिंग पास के धातु भागों में एड़ी धाराओं को प्रेरित करता है। उपकरण को सुरक्षित सीमाओं (आम तौर पर 4 और डिग्री) के ऊपर त्वचा के तापमान को बढ़ाए बिना किसी अतिरिक्त गर्मी को अलग करना चाहिए; त्वचा के संपर्क में चिकित्सा उपकरणों के लिए परिवेश के ऊपर वृद्धि). इंजीनियर्स को सबसे खराब मामले में चार्जिंग और कटाई की स्थिति के तहत डिवाइस के थर्मल प्रोफाइल को मॉडल करना चाहिए और गर्मी-प्रसार सामग्री या चरण-परिवर्तन तत्वों को शामिल करने की आवश्यकता हो सकती है ताकि हॉटस्पॉट का प्रबंधन किया जा सके।

]पानी और पसीना प्रवेश [ किसी भी पहनने योग्य के लिए एक लगातार चुनौती है। एक उपकरण जो पीजोइलेक्ट्रिक या थर्मोइलेक्ट्रिक कटाई पर निर्भर करता है, उसके आईपी रेटिंग से समझौता करने वाले उद्घाटन या वेंट हो सकते हैं। सभी ऊर्जा कटाई और वायरलेस चार्जिंग घटकों को नमी के खिलाफ सील किया जाना चाहिए जबकि अभी भी सक्रिय तत्वों तक पहुंचने के लिए भौतिक घटना (कंपन, तापमान ढाल, चुंबकीय क्षेत्र) की अनुमति दी जानी चाहिए। इसके लिए अक्सर उपन्यास encapsulation रणनीतियों की आवश्यकता होती है, जैसे कि पॉटिंग यौगिकों, पतली फिल्म बाधाओं, या हर्मेटिक बाड़ों।

फॉर्म फैक्टर और आराम [ को पावर सिस्टम नवाचार के लिए बलिदान नहीं किया जा सकता है। एक बैटरी जो तीन दिन तक रहती है लेकिन डिवाइस को दो बार मोटी बनाने की संभावना नहीं है। इंजीनियर्स को औद्योगिक डिजाइनरों और नैदानिक अंत-उपयोगकर्ताओं के साथ करीबी सहयोग में काम करना चाहिए ताकि यह सुनिश्चित किया जा सके कि बिजली प्रणाली में सुधार वास्तविक दुनिया के लाभों में अनुवाद करें, न केवल सैद्धांतिक लाभ। उपयोगकर्ता केंद्रित डिजाइन अध्ययनों ने बार-बार दिखाया है कि पहनने की क्षमता और विवेक मधुमेह के साथ रहने वाले लोगों के लिए शीर्ष प्राथमिकताएं हैं, अक्सर सर्वेक्षण में बैटरी जीवन के ऊपर रैंकिंग।

भविष्य परिप्रेक्ष्य और पथ फॉरवर्ड

वास्तव में सभी दिनों के कृत्रिम अग्न्याशय शक्ति स्रोत के लिए खोज एक बहुविषय प्रयास है जो सामग्री विज्ञान, विद्युत इंजीनियरिंग, जैव चिकित्सा इंजीनियरिंग और विनियामक विज्ञान को फैलाता है। कोई भी तकनीक पूरी तरह से समाधान प्रदान करने की संभावना नहीं है; इसके बजाय, सबसे सफल सिस्टम एक समग्र शक्ति वास्तुकला में कई दृष्टिकोणों को एकीकृत करेगा।

उपकरणों की अगली पीढ़ी के लिए एक सुखद निकट-अवधि परिदृश्य एक हाइब्रिड प्रणाली है जो बेसलाइन पावर के लिए एक छोटी ठोस-राज्य की बैटरी, पीक लोड के लिए एक सुपरकैप्टेटर और एक प्रेरक वायरलेस चार्जिंग सिस्टम है जो उपयोगकर्ता को अन्य गतिविधियों के प्रदर्शन के दौरान प्रति दिन 15 से 30 मिनट तक डिवाइस चार्ज करने की अनुमति देती है। शरीर की गति या गर्मी से ऊर्जा की कटाई एक पूरक शीर्ष-अप के रूप में काम कर सकती है, जो एक दिन से तीन या चार दिनों तक अनिवार्य चार्जिंग सत्रों के बीच अंतराल को बढ़ा सकती है।

लंबे समय तक अनुसंधान अधिक कट्टरपंथी अवधारणाओं की खोज कर रहा है। जैव ईंधन कोशिकाएं जो शरीर के ग्लूकोज से सीधे ऊर्जा आकर्षित करती हैं, सैद्धांतिक रूप से किसी भी बाहरी चार्जिंग के बिना सप्ताह या महीनों तक निरंतर शक्ति प्रदान कर सकती हैं। इम्प्लांटेड पीज़ोइलेक्ट्रिक हारवेस्टर जो धड़कन दिल से ऊर्जा को कैप्चर करते हैं या कंकाल की मांसपेशियों की गति पूरी तरह से आंतरिक कृत्रिम अग्न्याशय प्रणालियों को शक्ति प्रदान कर सकती है, जिसके लिए किसी बाहरी घटक की आवश्यकता नहीं होती है। जबकि ये विचार प्रयोगशाला चरण में रहते हैं, वे भविष्य की ओर इंगित करते हैं जिसमें कृत्रिम अग्न्याशय वास्तव में आत्मनिर्धारित है।

अकादमी, उद्योग और नियामक एजेंसियों के बीच सहयोग शेष बाधाओं को दूर करने के लिए आवश्यक होगा। ऐसे संगठनों जैसे कि JDRF] और अमेरिकी मधुमेह एसोसिएशन ने मधुमेह उपकरणों के लिए बिजली प्रणालियों में प्रारंभिक चरण के अनुसंधान को वित्त पोषित किया है, जबकि Medtronic और Insulet जैसी कंपनियां वाणिज्यिक उत्पाद डिजाइन की सीमाओं को धक्का देती हैं। इस बीच, ]FDA] ने रिचार्जेबल मेडिकल उपकरणों के लिए सुरक्षा और प्रदर्शन की उम्मीदों पर मार्गदर्शन प्रकाशित किया है, जो इन्नोवेटर के लिए एक स्पष्ट नियामक मार्ग प्रदान करता है।

अंततः, किसी भी पावर सॉल्यूशन की सफलता को रोगी के परिणामों पर इसके प्रभाव से न्याय किया जाएगा। एक उपकरण जिसे हर 12 घंटे में रिचार्ज किया जाना चाहिए लेकिन उत्कृष्ट ग्लाइसेमिक नियंत्रण को प्राप्त करने वाले व्यक्ति की तुलना में कम अपील हो सकती है जो तीन दिनों तक थोड़ा कम सटीक नियंत्रण के साथ चलती है। बिजली विश्वसनीयता, डिवाइस आकार, उपयोगकर्ता सुविधा और नैदानिक प्रदर्शन के बीच सही संतुलन का पता लगाने के लिए उन लोगों के साथ चल रहे संवाद की आवश्यकता होती है जो हर दिन इन उपकरणों को पहनते हैं। diaTribe Foundation] और अन्य रोगी वकालत समूह इस विनिमय के लिए अमूल्य मंच प्रदान करते हैं, यह सुनिश्चित करते हुए कि मधुमेह के साथ रहने वाले लोगों की आवाज़ इंजीनियरिंग निर्णयों को उनके उपचार को निर्देशित करती है।

चूंकि कृत्रिम अग्न्याशय एक मुख्यधारा चिकित्सा में अनुसंधान अवधारणा से विकसित होने के लिए जारी है, इसलिए शक्ति स्रोत एक निश्चित विशेषता बनी रहेगी जो यह निर्धारित करता है कि डिवाइस वास्तविक दुनिया के उपयोग में सफल होता है या विफल रहता है। अब विकास और mdash के तहत अभिनव दृष्टिकोण के साथ, ऊर्जा कटाई और वायरलेस चार्जिंग से उन्नत बैटरी और बुद्धिमान शक्ति प्रबंधन और mdash तक; वास्तव में सभी दिनों का लक्ष्य, परेशानी रहित कृत्रिम अग्न्याशय पहुंच के भीतर चल रहा है। इंजीनियरिंग रचनात्मकता, कठोर सुरक्षा परीक्षण और रोगी केंद्रित डिजाइन का संयोजन अंततः स्वचालित इंसुलिन डिलीवरी के वचन पर वितरित करेगा जो वास्तव में मधुमेह प्रबंधन के निरंतर बोझ से लोगों को मुक्त करता है।