Критична роль влади в штучних панкреатичних системах

Системи штучного підшлункової залози, також відомі як системи здачі в закритому режимі, представляють собою одну з найбільш значущих досягнень в управлінні цукровим діабетом протягом останнього десятиліття. Ці пристрої постійно контролюють міжчасові рівні глюкози через безперервний контроль глюкози (CGM) і автоматично регулюють постачання інсуліну через інсуліновий насос, зміщуючи функцію здорового підшлункової залози. Ця операція закритого типу вимагає постійного, надійного джерела живлення та мдаш; не тільки для запуску датчиків і насосних двигунів, але і для живлення бездротового зв'язку між компонентами, алгоритмами на борту, перевірка безпеки і інтерфейсами користувачів. Будь-який перерву в потужності, навіть за кілька хвилин втрати

Важкі вентиляційні прилади Closed-Loop

Сучасні штучні системи підшлункової залози зазвичай об'єднують кілька підсистем, кожен з власними електромережами. Компонент CGM, включаючи електрохімічний датчик, передавач і антена, може малювати будь-яку частину від 50 до 200 мікроВт в стаціонарному стані, з піками під час передачі даних. Інсулінний насос включає мікро-мотор і поршень, які можуть малювати кілька сотень міліватів під час доставки болуса, хоча середня потужність з часом нижче. Алгоритм управління, часто працює на виділеному мікроконтролері або смартфоні, додає обчислювальне навантаження. Крім того, багато систем, що включають в себе функції безпеки, такі як надлишкові процесори, коли ві двигуни для опові, і безпечні елементи 300

Прориви в зносостійкій потужності зберігання і генерації

Визначте обмеження звичайних жорстких літієво-іонних клітин у лікувальних носіях, дослідницьких колективах та компаніях, які здійснюють багато паралельних шляхів для живлення наступного покоління штучних підшлункових пристроїв. Наступні інновації представляють найбільш перспективні напрямки, які наразі під розвитком або ранньою комерцією.

Гнучкі тонкощільні акумулятори

Гнучкі тонко-фільові акумулятори виготовляються за допомогою твердотільних електролітів та тонких електродних стрічок, що задаються на гнучких підкладках, таких як полімерні фольги або текстиль. На відміну від традиційних клітинок підсумка, ці батареї можуть зігнути, перекручувати і конформувати до викривлення людського тіла без розшарування або втрати ємності. Компанії, як Jenax і ], що органічні підшлункової патч на животі або вентиляційні батареї, що надходять на 200 Вт / Л, зберігаючи більше тисяч гнучкості згину. Для штучних підшлункових пристроїв

Енергетика збуджена з тіла та навколишнього середовища

Одним з найбільш елегантних рішень для виклику живлення є розсіяна енергія з носіння та rsquo; власний тіло або навколишнє середовище, зменшення або усунення потреби зовнішньої зарядки. Кілька модалей під дією дослідження:

Кінетична енергетична збирання

П'єзоелектричні та електромагнітні генератори можуть перетворити рух тіла в електричну енергію. Невеликі пристрої, вбудовані в штучну підшлункову патч або надіти на поясі, можуть захоплення енергії з ходьбою, рухів рук або навіть дихання. Дослідження з Університету Каліфорнія Сан Дієго демонструє гнучкий п'єзоелектричний збирач, який генерує до 1 мВт від нормальної ходової gaits & mdash;хоча живлення низькопотужного CGM передавача, але все ж недостатньо для всієї системи. Комбінація декількох збиральних матеріалів, що випробувані [2F]

Теплова енергія збирання

Термоелектричні генератори (ТЕГ) використовують різницю температури між шкірою (~32–34°C) і навколишнього повітря для створення напруги. Поспішає в гнучких термоелектричних матеріалах, таких як бісмутна казурид нанопроводи і органічні полімери, підвищили ефективність зносних TEGs для живлення щільності 20–50 μW/cm2. Хоча не достатньо для запуску всієї штучної підшлункової температури, TEGs може додавати живлення акумулятора, що продовжить час роботи 20–30%. Дослідники MIT показали прототипи, які інтегрують масив TEG на силіконову, що досягають комфортну температуру, що з'ємну патчну температуру, що досягаючи комфортну температуру, що добре, що контакту, що добре контактують

Біопаливо клітини

Більш футуристичний підхід використовує ферменти або мікроорганізми для створення електроенергії з глюкози або лактату, присутніх в поті або міжстиціальної рідини. Ензиматичний біопаливоклітинний елемент (EBFC) може теоретично виробляти до 1 мВт / см2 від фізіологічних рівнів глюкози. Оскільки паливо постійно подається тілом, пристрій може працювати невизначено без перезарядки. Практичні виклики включають стійкість ферментів протягом 30 днів і тижнів, електрод фольгування, і варіабельність джерела живлення з метаболічним станом. Останні роботи з технічного університету Мюнхена показали EBFCs, що підтримують понад 80% початкової потужності протягом 30 днів в в в умовах, біопаливо і кілька компаній можуть досліджувати

Бездротова зарядка для безшовного щоденного використання

Неприпустимо, бездротова зарядка стала стандартом у смартфонах і тепер адаптована для медичних зносних пристроїв. Для штучних підшлункової залози, бездротова зарядка виключає необхідність піддаватися контактам, знижуючи ризик зараження і спрощення гідроізоляції. Нові резонанти індуктивні системи з'єднання можуть заряджати через кілька міліметрів контактного шару шкіри, що дозволяє користувачеві перезаряджати їх пристрій просто, розміщуючи його на колодці протягом 30 до 60 хвилин кожен день. Деякі дослідницькі групи досліджуються багаторазовим бездротовим передаванням (WPT) на більш високих частотах (6.78 МГц) для досягнення більшої просторової свободи, тому пристрій не потрібно точно вирівняти. Крім того, поняття [[[[[F:0F:0F: 1F: 0F: 1F: 0F: 0F: 0F: 0F: 0F: 0F: 0F: 0F: 0F: 0F: 0F: 0F: 0F: 0F: 0F: 0F: 0F: 0F: 0F: 0F: 0F: 0F: 0F: 0F: 0F: 0F: 0

Твердотільні акумулятори: вища щільність та внутрішньоінтрицева безпека

За допомогою твердих батарей, які зносяться, є високотемпературними, але це не менше, ніж за рахунок використання, що виробляються, але й для інших.

Можливі переваги для пацієнтів та клінічних осіб

Кожен з цих енергетичних інновацій переводить безпосередньо в поліпшення досвіду користувачів і результати здоров'я для людей з діабетом. Найпоширеніші переваги , що перезаряджається пристрій . Поточні штучні системи підшлункової залози часто вимагають користувачів, щоб заряджати свої насоси кожні 24 до 72 годин. Інновації, як тонко-фільтрм і твердотільні акумулятори можуть продовжити, щоб 7 – 14 днів або більше, різко зменшуючи навантаження щоденних операцій зарядки. Ця зручність заохочує послідовне використання, що корелюється з кращими гліко-контрольними. A 2022 дослідження в % пристроїв, що заряджали 1270]

Крім того, здоблений розмір пристрою і вага, що можливо, завдяки гнучким і високоенергетично-деформаційним акумуляторам покращує комфорт і розсуд. Тонше, більш легкий патч може носити під одягом без болгарки, зменшуючи самосвідомість і поліпшення прихильності, зокрема серед підлітків і молодих дорослих. Advanced security features, ввімкнено твердо-державними і тонко-фільтровими хімічними речовинами, що знижує ризик виникнення акумулятора, набряк або перегрів, які рідко, але стосуються звичайних літієвих систем. Бездротове зносіння, усуває довговічність зносості

Для пацієнтів з діабетом типу 1 інтеграція Енергетичне збирання може призвести до дійсно пристроїв, що не потрібно видаляти для зарядки, що дозволяє безперервно закритий контроль без перебоїв. Це буде особливо цінним під час сну, коли користувачі можуть інакше видалити пристрій для зарядки і таким чином втратити автоматичну доставку інсуліну на ніч. Дослідження показують, що навіть короткі перерви в закритій терапії можуть призвести до гліко-гемічних екскурсій, тому безперервна потужність є клінічним пріоритетом.

Зареєструвати виклики на шляху до прийняття

Незважаючи на захоплюючий прогрес, кілька бар'єрів необхідно подолати перед цими енергетичними новинами стають стандартними в комерційних штучних панкреасних пристроях.

Шукаю Ahead: Наступний покоління систем електромереж Closed-Loop

Траєкторія зносних джерел енергії є до інтелектуальних систем, які об'єднують кілька джерел енергії і оптимізують споживання. Наприклад, майбутні штучні підшлункової залози можуть інтегрувати первинну акумулятор для базової потужності, зарядну клітину твердотільної залози для пікових навантажень, TENG або TEG для зарядки під час роботи, а бездротову зарядку для начинки вночі. Пристрій ’s мікроконтролер може запустити алгоритми машинного навчання, щоб прогнозувати попит потужності на основі користувача ’s шаблонів активності і регулювання інсуліну доставки, що вирівнюються з наявною енергією. Це [[FLT]

Всі технології, що використовуються, включають , випромінювачі з високою щільністю енергії для доставки лопів під час болусів, , відбитих акумуляторів, які можуть бути виготовлені з використанням процесів рулону, аналогічних газетному друку, і , гнучкі сонячні клітини, які можуть збирати навколишнього середовища світла (хоча на дуже низькій потужності). Дослідники в Університеті Stanford нещодавно демонстрували , що самодіє біосенсор[FLT, де можливо, що використовує біопаливо передавача, що дозволяється, що біопаливо, що може бути біопаливо, що може бути легко за допомогою.

Кілька старт-ups вже комерцізовані гнучкі медичні акумулятори. Enfucell виробляє друковані гнучкі акумулятори, які використовуються в носійних медичних патчах, а Cambridge Nanosystems розробляє суперконденсатори графенових на основі. Основні медичні пристрої компанії, такі як Medtronic, Insulet, Insulet, Tandem Diabetes Care, активно інвестують в наступні енергетичні рішення, як докази останніх патентних ниток і партнерських відносин з акумуляторними стартапами. Ринок зносних батарейок медичного пристрою проводиться до більш ніж $ 5 мільярдів 2028, що представляються з штучними системами підшлункової підшлункової залози.

Висновок

Інновації в носійних джерелах енергії не просто несприятливі панкреативні поліпшення & mdash; це фундаментальні здібники для наступної хвилі штучних підшлункової техніки. Додаючи більш тривалий час, менші фактори, властиві безпеці, і зниженню навантаження користувачів, технології, такі як гнучкі тонко-фільтрові акумулятори, енергозбір, бездротова зарядка, і твердотільні клітини трансформуються, що можливо в управлінні діабетом. Як ці енергетичні рішення зрілі і отримувати нормативне затвердження, вони дозволять людям з діабетом випробувати дійсно безперервний, безтурботний автоматизований інсулін доставка. Результат буде не тільки краще глікогнітивні результати, але і значуще підвищення якості акумулятора зарядка акумулятора;