醫(yī)療設(shè)備電池技術(shù)的發(fā)展

第一個(gè)植入式心臟起搏器應(yīng)用,自1960年以來(lái),各種各樣的有源植入式醫(yī)療器械的電池已經(jīng)廣泛應(yīng)用于各種疾病的診斷和治療,如植入式心臟起搏器和除顫器,各種神經(jīng)刺激器(包括腦起搏器、脊髓刺激器、迷走神經(jīng)刺激器,骶神經(jīng)刺激器和膈神經(jīng)刺激器,等等),藥物泵、心電記錄儀等。植入式心臟起搏器,例如,現(xiàn)在世界上每年有超過500 000心臟起搏器植入人體[2],活躍設(shè)備植入人體使用很長(zhǎng)一段時(shí)間,的一個(gè)關(guān)鍵組件是動(dòng)力電池,由于特殊的植入應(yīng)用條件下,電池需要滿足幾個(gè)主要的植入式醫(yī)療設(shè)備要求:安全性和可靠性高,壽命長(zhǎng)穩(wěn)定、高能量密度等。本文主要介紹了用于主動(dòng)植入式醫(yī)療裝置的電池的發(fā)展歷史。

 

 

上世紀(jì)70年代初，鋰電池被開發(fā)出來(lái)，Greatbatch在1970年創(chuàng)辦了Greatbatch公司，專注于研究用于主動(dòng)植入設(shè)備的電池，他認(rèn)為電池是起搏器中最重要的部分，也是一個(gè)需要進(jìn)一步研究的問題。Greatbatch公司獲得了鋰碘電池技術(shù)的專利許可，進(jìn)行了進(jìn)一步的技術(shù)優(yōu)化，申請(qǐng)了多項(xiàng)相關(guān)專利，并將其應(yīng)用于心臟起搏器。1972年，第一個(gè)鋰電池供電的心臟起搏器被植入人體，使用鋰碘(Li/I2)電池。鋰電池的使用是主動(dòng)植入電池的一個(gè)里程碑，它解決了電池的可靠性和長(zhǎng)壽命的問題。在接下來(lái)的幾年里，鋰電池迅速取代了氧化汞等各種電池，現(xiàn)在幾乎所有的植入式醫(yī)療裝置都使用鋰電池作為動(dòng)力源。碘事實(shí)上直到現(xiàn)在鋰電池仍然是一個(gè)低功耗的起搏器應(yīng)用最廣泛的電池,除了碘的鋰電池,和其他各種鋰電池陰極材料是應(yīng)用程序開發(fā)的,包括李/ Ag2CrO4(鋰/鉻酸銀),李/ SOCl2電池(鋰/亞硫酰氯電池,李/ CuS(鋰/硫化銅),李/匯總電池(鋰/二氧化錳電池,李/ CFx電池(鋰/碳氟化),鋰/SVO/氧化銀釩(鋰電池)等

 

電池在主動(dòng)植入式醫(yī)療裝置中的應(yīng)用前景

 

主動(dòng)植入式醫(yī)療裝置的快速發(fā)展必將推動(dòng)植入式電池技術(shù)的不斷進(jìn)步。一方面，鋰電池的應(yīng)用將會(huì)有更新的技術(shù)，將會(huì)在各個(gè)方面不斷提高其綜合性能。另一方面也不斷電池解決方案新材料,如美國(guó)2013年圣裘德醫(yī)療公司無(wú)電極起搏器Nanostim CE的許可,其大小只Φ41.4毫米x 6毫米,是傳統(tǒng)起搏器的十分之一,生活是與傳統(tǒng)起搏器,它使用一次性電池,專利提到Nanostim公司開發(fā)這個(gè)起搏器電池BetaBatt公司開發(fā)DECTM [24],電池中含有放射性元素氚。從活性植入醫(yī)療設(shè)備進(jìn)一步小型化的需求來(lái)看，放射性核燃料電池有可能重新進(jìn)入市場(chǎng)。和微生物燃料電池的研究也有很多報(bào)道,麻省理工學(xué)院等發(fā)明植入式葡萄糖燃料電池[25],采用硅和鉑金材料,通過一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的半導(dǎo)體制造過程中,植入人體使用,使用鉑作為催化劑,電子分解葡萄糖分子來(lái)產(chǎn)生電能,可以產(chǎn)生3.4 mW / cm2平均功率和峰值功率180 mW / cm2,電池可能給主動(dòng)植入電源帶來(lái)革命性的變化。可應(yīng)用于主動(dòng)植入式醫(yī)療裝置的電池研究是令人激動(dòng)和值得期待的。