[发明专利]自给能源血泵

说明书

技术领域

本发明涉及一种自给能源血泵，属于机械工程和生物医学技术领域，自给能源血泵利用安置在人体内的生物燃料电池供电，电池利用皮下组织液中葡萄糖和氧气发生电化学反应产电，解决植入式血泵的供能问题。

背景技术

现代医学技术的快速发展，各种治疗或辅助性的可植入医疗设备已经运用于人体的各个部位，给患者带来了恢复生理机能的契机。心脏病是威胁人类健康的主要因素，供体心脏移植是最好的治疗方法，目前受限于供体心脏短缺，因此用血泵来代替供体心脏就给患者带来了治疗的希望。血泵亦称人工心脏泵，血泵移植是一种有效治疗心肌功能不全的手段。植入式血泵的驱动能量是一个重要环节，目前血泵的驱动能量是采用外接电源输入的方法，外接电源输入即通过手术将皮质导线穿过人体皮肤引出人体，通过皮质导线将外界电池的能量传递给血泵，这样极易造成感染，影响患者手术后的生活质量。解决这个问题的关键在于如何为血泵提供稳定的电能，如果直接在人体内植入传统的化学电池，例如锂电池，也存在电池寿命有限、电池化学试液泄漏等问题。因此，本发明能够利用人体内生物能发电的电池来解决血泵供能问题。

生物燃料电池是一项新能源技术，是利用酶或者微生物组织作为催化剂，将有机物如乙醇、葡萄糖等物质的化学能转化为电能的装置。目前按照催化剂的形式不同可以分为酶生物燃料电池和微生物燃料电池，但究其催化本质，微生物燃料电池的微生物催化的本质也是利用微生物体内的酶进行催化，因此，可以说两种电池的催化本质没有实质性的区别，都是利用酶来催化电极反应，所以酶生物燃料电池可以作为主要研究方向。葡萄糖是比较常见的单糖，在人体组织液内存在，并且人体恒温和酸碱度条件，也正适合葡萄糖酶保持较高的生物活性，可用葡萄糖氧化酶作电池阳极催化剂，电池阴极催化剂一般选用铂等贵重金属作催化剂，基于葡萄糖酶和铂基作催化剂制成的电极在生物燃料电池领域较为常见。

目前植入式血泵是外接电池提供能量，血泵的驱动电源线需要穿过人体皮肤，在手术后容易引发感染，该发明是利用人体内形成的生物燃料电池为血泵供能，从而实现人体内血泵的自供能。

申请号为201110279369.7的专利文献“一种可植入人体结肠内形成微生物燃料电池的装置”，利用肠道微生物和内容物产电，介绍了一种微生物燃料电池系统。申请号为201210560699.8“酶生物燃料电池电极及在制备双室酶生物燃料电池中的应用”介绍了酶生物生物燃料电池电极的应用及制备，阐明了葡萄糖生物燃料电池的可行性和稳定性。申请号201410706730.3“一种纸基自供能生物传感器的制备方法及应用”，将生物燃料电池引入到三维中空微流纸芯片上，利用生物燃料电池产生的电信号，摆脱对外部供能设备的限制，实现检测系统的自供能。这些发明专利的共同点都说明了利用生物燃料电池电能的可行性，即可以实现对负载供能。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提出一种自给能源血泵，该自给能源血泵是基于植入人体皮下组织的生物燃料电池供电，血泵的电源线无需穿过人体皮肤，解决电源线穿过人体皮肤引起的感染问题。利用生物燃料电池技术解决血泵供能问题，利用人体内葡萄糖和氧气等反应底物持续更新的特点，生物燃料电池可以持续稳定的产生电能，具有较好的生物相容性和持久性。

本发明解决其技术问题采用以下的技术方案：

本发明提供的自给能源血泵，其利用内置于人体内的生物燃料电池为植入人体内的血泵供电，血泵无需外接电源，只需要利用人体内组织液自动更新的特点连续产生电能供电，实现血泵的自供电能，以及消除因外接电源引线穿过皮肤所引起的感染。

所述的血泵和生物燃料电池，其电源线无需穿过皮肤直接在人体内通过供电电源线相连，血泵的进、出口端各通过一条人造血管分别与人体心脏的心室、大动脉相连。

所述的生物燃料电池采用多层结构的电极体，由依次排列的阴极、阴极催化层、质子交换膜、阳极催化层和阳极组成，该电极体产生的电能通过两条供电电源线引出，该两条供电电源线分别与血泵的供电电源相连。

所述的多层结构的电极体，其利用人体组织液中的葡萄糖和氧气产电，利用人体组织液的生理特点实现电化学反应底物的自动更新，电化学反应后的副产物是对人体无毒副作用的二氧化碳和水。

所述的阴极是生物燃料电池的氧气电极，主要是利用人体组织液中的溶解氧，该氧气电极是一种由生物相容性和导电性良好的多孔铂碳纳米合金材料制成的铂碳电极。

所述的阳极是生物燃料电池的燃料电极，由多孔材料包括多孔碳、碳毡、碳纸或碳纤维材料制成。