具有三明治结构的压电超声波收割机用于可植入生物医疗电子设备的无线充电

科学领域:

• 生物医学工程 生物医学工程
• 材料科学 材料科学 材料科学
• 收集能源 收集能源

背景情况:

• 植入式生物医疗电子设备 (IBMEs) 需要可靠的长期电源,以避免频繁的电池更换手术.
• 压电超声波收割机 (PUSH) 提供了基于超声波的无线功率传输 (US-WPT) 的解决方案,但由于监管和尺寸限制,其输出功率受到限制.

研究的目的:

• 开发和评估一种新型的三明治结构超声波收割机 (SW-PUSH),旨在在现有约束条件下最大限度地提高IBMEs的能量收获效率.
• 为了提高超声波收割机的功率密度和整体能量转换效率,用于实际的生物医学应用.

主要方法:

• 设计了一个三明治结构的超声波收割机 (SW-PUSH),包括前后的PUSH层,以捕获传输的超声波能量.
• 通过模拟优化了SW-PUSH结构并制造了该设备.
• 电气组合了两个PUSH层的输出,并在水和猪组织中测试了性能.

主要成果:

• 优化的SW-PUSH实现了497.47mW/cm2的功率密度和732.27mW的水中总功率,在1.7小时内充电140mAh电池.
• 在30毫米厚的猪组织中,SW-PUSH输出了312.34毫瓦,在1.4小时内充满了60毫安时的电池.
• 与传统的PUSH设计相比,显著改善了能源采集.

结论:

• 在SW-PUSH提供了一个高性能和高效的解决方案为植入式生物医疗电子供电.
• 这项技术克服了超声波能量采集的传统局限性,为下一代IBMEs提供了扩展功能.
• 该SW-PUSH设计为医疗植入物提供无线电源传输,减少了侵入性电池更换程序的需要.