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韓國研發(fā)新型醫(yī)療器械充電材料‘Micro LED貼片，或將緩解植入式醫(yī)療器械需頻繁更換電池的痛點

韓國光州科學技術院(GIST)機械工學部李鐘浩教授7日表示，其研究團隊開發(fā)出了貼在皮膚上，能夠為體內供應電力的“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的眾多植入式醫(yī)療器械都由鋰電池供能，笨重堅硬，體積大而壽命短。每當需要更換電池，患者都將承受一遍手術的痛苦，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，學術界正在研究利用人體生物電運作器械的方式，但由于我們體內的生物電十分有限，這個構想在現實層面存在明顯局限性。

早在2016年，李鐘浩教授的研究團隊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、夜間、衣服里等光線不足的環(huán)境中，電池板就無法產生足夠的電量。

為了完善這一設計，與“皮下太陽能電池板”搭配使用的裝有紅光LED的“Micro LED貼片”應運而生，采用配合生電的方式。
紅色光及近紅外線領域(波長650納米以上)的光在面對身體組織時具有較強的穿透力，可以通過身體組織，抵達安置于醫(yī)療器械上的太陽能電池板。 研究組利用這一特點，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、室內還是夜間，體內的醫(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可能產生的異物感、燙傷和汗液問題，研究人員在薄貼片上設計了連接線和汗孔，從而增強柔軟性和透氣性。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，從而保證電子產品產生的熱量能被有效去除。 據悉，該貼片可以隨心地貼在任何一處皮膚，取下重貼也不費力。貼片以3毫米半徑的圓反復折疊彎曲也不會破碎，貼附在皮膚上時的溫度保持在41.2°C以下，穩(wěn)定在低溫燙傷基準(6小時內44°C以下)以內。

研究人員通過對實驗鼠的觀察發(fā)現，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動心臟起搏器(消費電量約1～10微瓦)，進行周期性電流刺激，以治療心律失常等疾病。

醫(yī)療技術的發(fā)展大大提升了人體機能，為脆弱的生命創(chuàng)造希望。近幾年，在國內外不斷出現有關植入式·可穿戴醫(yī)療設備的研究成果。

據悉，2019年，國際學術期刊《自然—通訊》中介紹了中國科學院北京納米能源與系統研究所研究員李舟、中國科學院外籍院士王中林及其團隊通過對全新摩擦納米發(fā)電機的研究聯合研發(fā)的一款可自驅動的心臟起搏器，無需電池供能，僅從心臟的搏動中就能收集充足的能量。

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

此次研究成果被刊登在美國《美國科學院院報》(PNAS)上。


原標題：韓國研發(fā)太陽能充電心臟起搏器