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韓國研發(fā)新型醫(yī)療器械充電材料‘Micro LED貼片，或?qū)⒕徑庵踩胧结t(yī)療器械需頻繁更換電池的痛點(diǎn)

韓國光州科學(xué)技術(shù)院(GIST)機(jī)械工學(xué)部李鐘浩教授7日表示，其研究團(tuán)隊(duì)開發(fā)出了貼在皮膚上，能夠?yàn)轶w內(nèi)供應(yīng)電力的“Micro LED貼片”。這有望用于植入式醫(yī)療健康器械，和直接貼附在皮膚上的可穿戴式美容儀器等。 心臟起搏器，是治療心律失常和心力衰竭等心臟功能障礙的植入式電子醫(yī)療儀器，通過脈沖發(fā)生器發(fā)放由電池提供的電脈沖。然而，包括心臟起搏器在內(nèi)的眾多植入式醫(yī)療器械都由鋰電池供能，笨重堅(jiān)硬，體積大而壽命短。每當(dāng)需要更換電池，患者都將承受一遍手術(shù)的痛苦，還是一筆不小的開支。

為解決植入式醫(yī)療器械沉重的電池問題，學(xué)術(shù)界正在研究利用人體生物電運(yùn)作器械的方式，但由于我們體內(nèi)的生物電十分有限，這個(gè)構(gòu)想在現(xiàn)實(shí)層面存在明顯局限性。

早在2016年，李鐘浩教授的研究團(tuán)隊(duì)就研制出植入皮膚下的“皮下太陽能電池板”，通過吸收太陽光發(fā)電來供能，但這仍存在致命的缺陷——在室內(nèi)、夜間、衣服里等光線不足的環(huán)境中，電池板就無法產(chǎn)生足夠的電量。

為了完善這一設(shè)計(jì)，與“皮下太陽能電池板”搭配使用的裝有紅光LED的“Micro LED貼片”應(yīng)運(yùn)而生，采用配合生電的方式。
紅色光及近紅外線領(lǐng)域(波長650納米以上)的光在面對(duì)身體組織時(shí)具有較強(qiáng)的穿透力，可以通過身體組織，抵達(dá)安置于醫(yī)療器械上的太陽能電池板。 研究組利用這一特點(diǎn)，研制出發(fā)紅光(波長670納米)的“Micro LED貼片”，接收到紅光刺激的太陽能電池生成光電，供給給饑腸轆轆的醫(yī)療器械。因此，無論陰天、室內(nèi)還是夜間，體內(nèi)的醫(yī)療器械都能獲取充足的能量，維持正常工作。這將大大延長醫(yī)療器械的壽命，減少患者的不便。

為了解決貼附在皮膚時(shí)可能產(chǎn)生的異物感、燙傷和汗液問題，研究人員在薄貼片上設(shè)計(jì)了連接線和汗孔，從而增強(qiáng)柔軟性和透氣性。另外，研究組在散熱裝置上直接縫合嵌入厚度為4微米的薄膜型Micro LED，從而保證電子產(chǎn)品產(chǎn)生的熱量能被有效去除。 據(jù)悉，該貼片可以隨心地貼在任何一處皮膚，取下重貼也不費(fèi)力。貼片以3毫米半徑的圓反復(fù)折疊彎曲也不會(huì)破碎，貼附在皮膚上時(shí)的溫度保持在41.2°C以下，穩(wěn)定在低溫燙傷基準(zhǔn)(6小時(shí)內(nèi)44°C以下)以內(nèi)。

研究人員通過對(duì)實(shí)驗(yàn)鼠的觀察發(fā)現(xiàn)，附著在皮膚上的LED貼片可以為植入皮下的小面積(0.11平方厘米)太陽能電池提供8.2微瓦的電力，這種程度能順利地驅(qū)動(dòng)心臟起搏器(消費(fèi)電量約1～10微瓦)，進(jìn)行周期性電流刺激，以治療心律失常等疾病。

醫(yī)療技術(shù)的發(fā)展大大提升了人體機(jī)能，為脆弱的生命創(chuàng)造希望。近幾年，在國內(nèi)外不斷出現(xiàn)有關(guān)植入式·可穿戴醫(yī)療設(shè)備的研究成果。

據(jù)悉，2019年，國際學(xué)術(shù)期刊《自然—通訊》中介紹了中國科學(xué)院北京納米能源與系統(tǒng)研究所研究員李舟、中國科學(xué)院外籍院士王中林及其團(tuán)隊(duì)通過對(duì)全新摩擦納米發(fā)電機(jī)的研究聯(lián)合研發(fā)的一款可自驅(qū)動(dòng)的心臟起搏器，無需電池供能，僅從心臟的搏動(dòng)中就能收集充足的能量。

“以光線為媒介，雖然簡單卻能達(dá)到隨時(shí)供電的目的，李鐘浩教授表示，期待它能為多種醫(yī)療保健技術(shù)的開發(fā)做出貢獻(xiàn)。

此次研究成果被刊登在美國《美國科學(xué)院院報(bào)》(PNAS)上。


原標(biāo)題：韓國研發(fā)太陽能充電心臟起搏器