[发明专利]一种能量采集器及植入式自供能医疗电子器件

说明书

本发明提供了一种能量采集器以及植入式自供能医疗电子器件，能量采集器包括压电层、金属基底层、弹性支撑层和封装层，压电层设置于金属基底层上形成压电层复合层，金属基底层用于维持结构的稳定性；压电层复合层设置于弹性支撑层上形成一体复合层结构，弹性支撑层是器件整体结构形貌的骨架，用于承载压电层和提供弹性恢复力；封装层设置于一体复合层结构的外层，用于对器件进行电绝缘和液体防渗漏封装，防止体内组织液对器件性能产生影响和/或器件内有害物质在体内的泄露。本发明采用生物体本身的机械能作为初始的能量来源以及高生物兼容性的材料为器件封装，为实现真正自供能的可植入医疗电子器件提供有效的能源解决方案。

技术领域

本发明涉及医疗电子器械领域，具体地，涉及一种能量采集器、以及包含该能量采集器的植入式自供能医疗电子器件。

背景技术

据报道，如今数百万病患依靠植入式医疗器件来维持正常的生命活动和体征指标。然而几乎所有的植入式医疗器件还采用电池等能量存储介质进行供能，当存储介质电量的下降以及耗尽时植入的医疗器件不能正常工作或是停止工作，严重危害患者生命健康。目前主要是通过周期性的器件替换手术来解决这类问题，一般周期在5-10年之间，由此给病患带来了巨大的健康风险和高昂的花费。

近年来，为了解决这类问题，已有一些研究报道了通过能量采集技术实现医疗电子器件的自供能，从而一定程度上延长能量存储介质的寿命或是完全替换掉它。经检索，专利CN108310649A发明名称为：一种具有充电管理技术的自供能无线起搏器，其中，公开了包括能量收集模块，能量收集模块负责将机械振动、血压等机械能收集并转换为电能，能量收集模块采用纳米级压电晶体材料用于采集心脏搏动以及血流冲击的动能，压电晶体由于外界动能的冲击发生形变，将动能转换为电能，存储到储电设备中，用于起搏器供能。但该专利受所用材料的低压电特性和采集过程中压电层变形不充分的限制而导致输出性能很低，压电转化效率不足以实时的植入式医疗器件的供能需求。

经检索，专利CN106340445A发明名称为：二维有序TiO₂纳米井薄膜的制备方法及在自供能光电器件中的应用，该专利利用p-n结的光伏效应，在零偏压驱动下使得光生载流子在内建电势作用下快速分离，实现器件的自供能。但这种供能方式的能量来源并不是生物体本身，需要外界给予固定部位不断的、充足的光照保证才能实现正常工作，且植入体内后受组织体的阻挡，光的衰减较大。因此该方案严格意义上并不属于自供能，外界光照的限定使得其应用起来非常不便，如何摆脱外部的光照限制是该方案需要解决的主要问题。

然而，目前研究的能量采集技术主要存在供能不足、可靠性不高、条件要求苛刻(如需要光照等外部条件)或是带有其它副作用(如电磁辐射)等问题，严重影响着该项技术在自供能医疗电子器件的临床应用。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的在于提供一种能量采集器和植入式自供能医疗电子器件，以解决目前植入式能量采集技术在开发自供能医疗电子器件中所存在的供能不足的问题，并采用生物体本身的机械能作为初始的能量来源以及高生物兼容性的材料为器件封装，为实现真正自供能的可植入医疗电子器件提供一种新型的、有效的能源解决方案。

为实现上述发明目的，本发明第一个方面提供一种能量采集器，包括压电层、金属基底层、弹性支撑层和封装层，其中：

所述压电层设有电极层，用于收集所述压电层应变过程中产生的电荷，通过引出电极输出所述电能；

所述压电层设置于所述金属基底层上形成压电层复合层，所述金属基底层用于维持结构的稳定性，避免所述压电层应力过度集中；

所述压电层复合层设置于所述弹性支撑层上形成一体复合层结构，所述弹性支撑层是器件整体结构形貌的骨架，用于承载所述压电层和提供弹性恢复力；

所述封装层设置于所述一体复合层结构的外层，用于对所述器件进行电绝缘和液体防渗漏封装，防止体内组织液对所述器件性能产生影响和/或所述器件内有害物质在体内的泄露。