人工膵システムにおける電力の重要な役割

人工膵臓システムは、閉鎖ループインシュリンデリバリーシステムとも呼ばれ、過去10年間にわたって糖尿病管理における最も重要な進歩の1つです。 これらの装置は、連続グルコースモニター(CGM)を介して、断続的なグルコースレベルを継続的に監視し、インシュリンポンプを介してインシュリンデリバリーを自動的に調整し、健康な膵臓の機能を模倣します。 閉鎖ループ動作は、一定の信頼性の高い電源& だけでなく、潜在的なセンサーや過度の電力制御、および過敏症の電力、および過敏症、および過敏症、および過敏症の要因を監視することができます。

パワー消費量 クローズドループデバイスにおける現実性

現代の人工膵システムは、通常、独自の電力プロファイルで複数のサブシステムを組み合わせたものです。 CGMコンポーネントには、電気化学センサー、トランスミッタ、およびアンテナを含む、安定した状態で50〜200マイクロワット、データ伝送中にピークを合わせるまで、どこでも描画できます。 インシュリンポンプには、100ミリワットのボリュームを抽出できるマイクロモーターとピストンが含まれており、時間を超える平均電力が低下します。 制御アルゴリズムは、多くの場合、専用の制御装置で実行されるか、またはマイクロタットを装備するなど、さまざまな種類の負荷を装備する必要があり、さまざまな機能を備えています。

ウェアラブル・パワー・ストレージと発電における画期的なソリューション

医療用ウェアラブル、研究チーム、企業における従来の硬質リチウムイオン細胞の限界を認識し、次世代の人工膵機器に電力を供給する複数の並列パスを追っています。次の革新は、現在開発中または早期の商用化下において最も有望な方向を表しています。

フレキシブル薄膜電池

フレキシブル薄膜電池は、ポリマー箔や織物などのフレキシブル基板に堆積した固体電解質層や薄膜を用いて製造されています。従来のポーチセルとは異なり、これらの電池は曲げ、ねじれ、より強固な人体の硬化性に合わせることが出来ます。また、従来のバルブと比べ、従来のバルブを組み合わせて、従来のバルブを固定するだけでなく、従来のバルブを固定することも可能です。また、従来のバルブは、従来のバルブと、および、従来のバルブを組み合わせることにより、従来のバルブを組み合わせることにより、従来のバルブを交換することも可能です。また、従来のバルブは、従来のバルブと、従来のバルブを組み合わせることにより、従来のバルブを交換することも可能です。

体と環境から収穫するエネルギー

パワーチャレンジへの最もエレガントなソリューションの1つは、ウェア&rsquoからエネルギーを流すことです。 自分の体や周囲の環境、外部充電の必要性を減らすか排除することです。 いくつかのMODalitiesは、アクティブな調査下にあります:

運動エネルギー収穫

圧電と電磁発電機は、体の動きを電気エネルギーに変換できます。人工の膵臓パッチに埋め込まれた小型デバイスや、ベルトに着用することで、歩行、腕の動き、呼吸からエネルギーを捉えることができます。 カリフォルニアサンディエゴ大学のリサーチは、通常の歩行gaits&mdashから最大1 mWを生成するフレキシブル圧電収穫機を実証しています。 低電力CGM送信機を電力供給するだけでなく、システム全体に不十分な負荷を発揮します。 複数の信号を組み合わせて、それらは、それらに供給する能力を向上するために、強力な機能を備えています。 [F]

熱エネルギー収穫

熱電発電機(TEGs)は、皮膚(〜32– 34°C)と周囲の空気との間の温度差を悪用して電圧を生成します。 ビスマスケチュライドナノワイヤーや有機ポリマーなどの柔軟な熱電材料で進歩し、ウェアラブルなTEGの効率を20– 50 μW / cm2の電力密度に高めました。 人工パンクレアを走るのに十分なが、TEGだけでは、バッテリーを消費するの能力を増強します。 MIT&Dashは、温度を最大で維持することができます。

バイオ燃料電池

より未来的なアプローチは、酵素または微生物を使用して、汗や間接流体にグルコースまたは乳酸のプレゼントから電気を生成します。酵素バイオ燃料電池(EBFC)は、理論的なグルコースレベルから最大1 mW / cm2までを理論的に生成できます。燃料は体によって継続的に供給されるため、デバイスは再充電なしで無期限に作動させることができます。実用的な課題は、数日と数週間にわたって酵素の安定性、電極、および最終出力はミュンヘンの電力を同時に維持する能力試験機器であり、そのエネルギーは、そのエネルギーを効率性を向上させることができる。

シームレスな毎日の使用のためのワイヤレス充電

誘導ワイヤレス充電はスマートフォンで標準になっていて、現在医療用ウェアラブルに適応しています。人工膵デバイスの場合、ワイヤレス充電は、露出した接触の必要性を排除し、感染リスクを軽減し、防水を簡素化します。新しい共鳴誘導カップリングシステムは、複数のミリ秒の皮膚接触層を正確に充電することができます。これにより、ユーザーは、毎日30〜60分間パッドにそれを充電することができます。一部の研究グループは、反発無線電力(RF)を試すことなく、より低い電力(RF)を1回以上保つことができます。

固体静止電池: 高密度および侵入性の安全

ソリッドステートバッテリーは、液体またはポリマーゲルをセラミックまたは固体ポリマー電解質に置き換え、はるかに高いエネルギー密度と水灰のリチウムメタル陽極の使用を可能にしました。 強力で電気分解性300–400 Wh/L対200–250 Wh/Lは、従来のLi-ionのために。 ウェアラブル医療機器の場合、最大の利点は安全です。 固体電解質は非可燃性であり、漏れません。 電子機器の危険性を排除する: ポリマーは、ポリマーは、ポリマーの消費量を低減します。 [F] および、 固体は、このような固体の処理能力は、または、より小さい製品が、または、電子材料の材料の材料の材料の材料の材料の材料の材料の材料の材料の材料の材料の材料の材料の材料の材料の材料の材料の材料の材料の材料の材料の材料の材料の材料の材料の材料の材料の材料の材料の材料の材料の材料の材料の材料の材料の材料の材料の材料の材料の材料の材料の材料の材料の材料の材料の材料の材料の材料の材料の材料の材料の材料の材料の

患者と臨床的外傷に対する有利な利点

これらのパワーイノベーションのそれぞれは、糖尿病患者のユーザーエクスペリエンスと健康的結果を改善するに直接翻訳されます。最も即時のメリットは、の拡張デバイスランタイムです。現在の人工膵臓システムは、ユーザーが24〜72時間ごとにポンプを充電する必要があります。薄膜やソリッドステートバッテリーのようなイノベーションは、7–14日以上まで拡張することができ、毎日充電の負担を劇的に削減します。この問題は、ユーザーが1〜2回以上を1回以上使用することをお勧めします。 [FLTF] 週以上] 疲労が1回以上 [FLTF] 問題が解決する頻度は、またはそれよりもはるかに少ない[F] 問題が解決します。

さらに、フレキシブルで高エネルギー密度の電池により実現できる、装置サイズと重量は、快適性と裁量性を高めています。薄く、軽やかなパッチは、膨らみのない服の下に着用し、自己意識を減らし、遵守を改善し、特に青年と若い大人の間で改善することができます。 ]]高度な安全機能は、固体膜および薄膜の損傷、および低速充電、および低速の危険性が低下する、および低速の危険性を低減することによって有効にすることができます。

型1糖尿病患者の場合、 のエネルギー収穫の統合は、最終的に充電のために取り除かれる必要がない本当にメンテナンスフリーデバイスにつながる可能性があり、中断することなく継続的なクローズドループ制御を有効にします。 これにより、ユーザーがそうでなければそれを満たすようにデバイスを削除し、夜間に自動インシュリン配達を失う可能性があるときに、これは特に睡眠中に価値があります。 研究は、クローズドループ療法で短い休憩でさえ、夜間に、グリスカルトを発生させないという点を優先順位付けることを示しています。

導入への道の課題を回復

刺激的な進歩にもかかわらず、これらの電力革新が商業人工的な膵装置で標準になる前に、いくつかの障壁は克服しなければなりません。

  • [スケーラビリティとコストの製造:[フレキシブルバッテリーとソリッドステートセルは、従来のリチウムイオンよりも高価な新しい生産ラインと材料を必要とします。 数百ドルの小売ができる医療機器のために、バッテリーコストに数十ドルを加えることは重要なハードルです。 消費者電子機器および電気自動車部門のスケールの経済性は、コストダウンをもたらすのに役立ちますが、デバイス固有のカスタマイズ(カスタム形状、バイオコンパブリタブルパッケージを追加)。
  • [耐久性と寿命:[]ウェアラブル医療機器は、曲げ、汗、温度の極端な、および機会の影響を含む毎日の摩耗と涙に耐える必要があります。 フレキシブルバッテリーは、亀裂や剥離なしで数百のサイクルの容量を維持する必要があります。 エネルギー収穫機は湿気や腐食に抵抗しなければなりません。 加速老化テストは、現在の薄膜電池は1000 +曲げサイクルを生きることができるが、使用の経過とともに実際の検証は進行中です。
  • 規制承認:]] 医療用機器は、生体適合性、安全性、および電磁適合性(EMC)の厳しい試験を必要とします。 熱電または圧電材料を使用するエネルギー収穫機のために、新しい生体適合性データが生成される必要があります。 米国食品医薬品局(FDA)および欧州の通知機関は、フレキシブルエレクトロニクスのガイドラインを確立していますが、各新電池化学またはワイヤレス充電システムには、事前に市販されているか、またはFDA(F)が、一般の証明書を提出する必要があります。 [F] [F] [FLT&F] は、または、または、または、または、または、または、または、FDA(FDA(FDA) [F] の送信先の証明書を提出する必要があります。 [F] [F] [F] [F] [F] [F] [F] [F] [F] [F] [F] [F] [F] [F] [F] [F] [F] [F] [F] [F] [F] [F] [F] [F] [F] [F] [F] [F] [F] [F
  • [ユーザーアクセシビリティとインテグレーション:] 最高の技術でさえ、ユーザーの購入インを必要とします。 一部の患者は、デバイスをワイヤレス(受精放射線の懸念)充電するか、温かみのあるエネルギー収穫機でデバイスを着用することについて躊躇するかもしれません。 ワイヤレス充電パッドからの加熱は、不快感を避けるために制限される必要があります。 設計チームは、実際の行動と再充電の儀式またはメンテナンスフリー操作が整列されていることを確認するために、人間の要因の研究を実施する必要があります。
  • ]環境と処分の考慮事項:[すべての電池と同様に、終生処分は懸念です。薄膜電池は、多くの場合、再生可能または生分解性材料に移行している多くのメーカーがまれまたは有毒金属を使用しています。業界は、適切なリサイクルを確保するために、テイクバックプログラムと規制を開発する必要があります。

見栄え:次世代のパワーアウェアクローズドループシステム

ウェアラブル電源の軌跡は、複数のエネルギー源を結合し、消費を最適化するインテリジェントシステムに向かっています。 例えば、将来の人工膵臓は、ベースライン電力用の薄膜プライマリバッテリー、ピーク負荷のためのソリッドステート充電式セル、TENGまたはTEGを組み合わせて、活動中に充電し、夜間にトッピングするためのワイヤレス充電を行うことができます。 デバイス’マイクロ制御装置は、ユーザー&rsquoに基づいて電力需要を予測するために機械学習アルゴリズムを実行することができ、電子制御とパワーを調節します。 [Fluences] と[Fluence] トランスポートは、利用可能なエネルギーを制御します。 [Flug]

新興技術には、ボラス中にバーストの送受信に強い電力密度を持つ[スーパーキャパシタ[と、印刷されたバッテリーが新聞印刷に似たロールトロールプロセスを使用して製造することができる、および[フレキシブル太陽電池]]]]は、周囲の屋内光を収穫することができます(非常に低い電力で十分に)。 ガストロールは、バイオトランスフォーマートは、将来的には、すべてのバイオトランステクトを発生させる必要があります。 [FLTFLT:]

複数のスタートアップは、既にフレキシブルな医療用バッテリーを商品化しています。 Enfucell]は、ウェアラブルな医療パッチで使用される印刷されたフレキシブルバッテリーを生成し、 Cambridge Nanosystems[]]は、グラフェンベースのスーパーキャパシタを開発しています。 Medtronic、Insulet、Tandem Diabetes Careなどの主要な医療機器会社は、最近の特許および農業機械のスタートアップとの間で、および農業機械の分野での取引を行うために、および産業機械の市場を増加させるための主要な技術が、および産業技術、および産業技術、および産業技術、および産業技術、および産業技術、および産業技術、および産業技術、および産業技術、および産業技術、および産業技術、および産業技術、および産業技術、および産業技術、および産業技術、および産業技術、および産業技術、および産業技術、および産業技術、および産業技術、および産業技術、および産業技術、および産業技術、および産業技術、および産業技術、および産業技術、および産業技術、および産業技術、および産業技術、および産業技術、および産業

コンテンツ

ウェアラブル電源のイノベーションは、単なる増分改善と機能低下ではありません。それらは、人工膵臓デバイスの次の波のための基礎的な有効化装置です。長期的に実行された時間、より小さいフォーム要因、固有の安全、および減らされたユーザーの負担を渡すことによって、柔軟な薄膜電池、エネルギー収穫、ワイヤレス充電、ソリッドステートセルなどの技術は、糖尿病の管理で何ができるかを変換します。これらの電力ソリューションは成熟し、規制当局の承認を得て、彼らは、偽りなく、安全なデバイスや、安全なデバイスへの安全な供給を保証するだけでなく、将来の品質を向上させることができます。