可植入可吸收的超声波能量转换装置、系统及其制作方法

1.本技术涉及能量收集领域，尤其是涉及一种可植入可吸收的超声波能量转换装置、系统及其制作方法。


背景技术：

2.随着科技的进步，可植入设备广泛应用于医学治疗领域，为了使可植入设备正常工作需要设置电池等供能装置为其提供能量。
3.然而，电池电能耗尽后需要通过手术等方式取出或更换，增加了发生感染、炎症的风险；此外，电池等供能设备的体积较大，使用范围受限，无法应用于空间较小的地方。


技术实现要素：

4.本技术旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本技术提出一种可植入可吸收的超声波能量转换装置，能够被自动吸收，减少了感染、炎症的风险，并且体积较小，减小了可植入设备安装所需的空间。
5.本技术还提出一种具有上述可植入可吸收的超声波能量转换装置的可降解能量存储系统。
6.本技术还提出了一种可植入可吸收的超声波能量转换装置的制作方法。
7.根据本技术的第一方面实施例的可植入可吸收的超声波能量转换装置，包括：
8.第一封装层；
9.金属层，所述金属层设置于所述第一封装层表面，用于产生电子；
10.间隔层，所述间隔层设置于所述金属层远离所述第一封装层的一侧；
11.能量传输层，所述能量传输层设置于所述间隔层远离所述金属层的一侧，用于接收所述电子以产生电势能；
12.第二封装层，所述第二封装层设置于所述能量传输层远离所述间隔层的一侧。
13.根据本技术实施例的可植入可吸收的超声波能量转换装置，至少具有如下有益效果：通过金属层与能量传输层的摩擦，产生电势能并将电势能进行存储以供设备使用，实现了设备的无线能量补给；同时，可植入可吸收的超声波能量转换装置采用可降解材料能够被吸收，减少了感染、炎症的风险；此外可植入可吸收的超声波能量转换装置体积较小，能够应用于较小的空间中。
14.根据本技术的一些实施例，所述间隔层开设有通孔以使所述电子能够与所述能量传输层接触。
15.根据本技术的一些实施例，所述第一封装层的材料为聚乳酸或聚乙烯醇，所述间隔层的材料为聚乳酸或聚乙烯醇，所述第二封装层的材料为聚乳酸或聚乙烯醇。
16.根据本技术的一些实施例，所述金属层的材料为医用镁合金或医用金属钼。
17.根据本技术的一些实施例，所述能量传输层的材料为聚乙烯醇、透明质酸或酪蛋白。
18.根据本技术的第二方面实施例的可植入可吸收的超声波能量存储系统，包括：
19.能量输入装置，用于输出振动能量；
20.可植入可吸收的超声波能量转换装置，用于接收所述振动能量并将所述振动能量转换为电势能进行存储；其中，所述电势能用于给待供电设备提供电能。
21.根据本技术实施例的可植入可吸收的超声波能量存储系统，至少具有如下有益效果：通过设置上述可植入可吸收的超声波能量转换装置，能够通过摩擦生电原理将振动能量转换为电势能，给待供电设备提供足够的功率以使其能正常工作。
22.根据本技术的一些实施例，所述能量输入装置包括超声波发生器，所述超声波发生器用于向所述可植入可吸收的超声波能量转换装置输送振动能量，以使所述可植入可吸收的超声波能量转换装置产生所述电势能。
23.根据本技术第三方面实施例的可植入可吸收的超声波能量转换装置的制作方法，用于制作本技术上述第一方面实施例的可植入可吸收的超声波能量转换装置，包括：
24.在第一封装层表面通过磁控溅射法镀金属以形成金属层；
25.在所述金属层远离所述第一封装层的一侧设置间隔层；其中，所述间隔层中心开设有通孔；
26.在所述间隔层远离所述金属层的一侧放置一层生物材料以形成能量传输层，所述能量传输层与所述金属层通过所述通孔接触；
27.在所述能量传输层远离所述间隔层的一侧设置第二封装层。
28.根据本技术实施例的可植入可吸收的超声波能量转换装置的制作方法，至少具有如下有益效果：通过上述制作方法能够得到可植入可吸收的超声波能量转换装置，制备方法简单，有利于批量生产，并且能够满足用户的使用需求。
29.本技术的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本技术的实践了解到。
附图说明
30.下面结合附图和实施例对本技术做进一步的说明，其中：
31.图1为本技术实施例可植入可吸收的超声波能量转换装置的结构示意图；
32.图2为本技术实施例可植入可吸收的超声波能量转换系统的模块示意图；
33.图3为本技术实施例可植入可吸收的超声波能量转换系统的又一模块示意图；
34.图4为本技术实施例可植入可吸收的超声波能量转换装置的制作方法的流程示意图。
35.附图标记：
36.可植入可吸收的超声波能量转换装置100、第一封装层110、金属层120、间隔层130、通孔131、能量传输层140、第二封装层150、能量输入装置200、超声波发生器210。
具体实施方式
37.下面详细描述本技术的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本技术，而不能理解为对本技术的限制。
38.在本技术的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如上、下、前、后、左、右等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本技术的限制。
39.在本技术的描述中，若干的含义是一个以上，多个的含义是两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。
40.本技术的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本技术中的具体含义。
41.本技术的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本技术的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
42.下面参考图1描述根据本技术实施例的可植入可吸收的超声波能量转换装置100。
43.如图1所示，根据本技术实施例的可植入可吸收的超声波能量转换装置100，包括第一封装层110、金属层120、间隔层130、能量传输层140和第二封装层150。
44.金属层120设置于第一封装层110表面，用于产生电子；间隔层130设置于金属层120远离第一封装层110的一侧；能量传输层140设置于间隔层130远离金属层120的一侧，用于接收电子以产生电势能；第二封装层150设置于能量传输层140远离间隔层130的一侧。
45.具体地，第一封装层110、第二封装层150用于将内部结构封装起来，以对内部结构起到保护作用，此外第一封装层110、第二封装层150具有良好的绝缘性能，能够避免可植入可吸收的超声波能量转换装置100发生漏电等情况。金属层120设置在第一封装层110与第二封装层150之间，并且位于第一封装层110表面。在金属层120远离第一封装层110的一侧设置有间隔层130，在间隔层130远离金属层120的一侧设置有能量传输层140，其中间隔层130、能量传输层140均位于第一封装层110与第二封装层150之间。能量传输层140能够接收外来输入能量并产生振动以和金属层120接触，而间隔层130能够将金属层120与能量传输层140分隔开。
46.由于金属层120具有良好的电正性、能量传输层140具有良好的电负性，因此当有外部能量传输到能量传输层140时，能量传输层140会产生振动并与金属层120周期性接触，金属层120会失去电子，而能量传输层140则会捕获电子从而产生电势能，无需使用外加电源即可为设备提供电能。
47.根据本技术实施例的可植入可吸收的超声波能量转换装置100，通过金属层120与能量传输层140的摩擦，产生电势能并将电势能进行存储以供设备使用，实现了设备的无线能量补给；同时，可植入可吸收的超声波能量转换装置100采用可降解材料能够被自动吸收，减少了感染、炎症的风险；此外可植入可吸收的超声波能量转换装置100体积较小，能够应用于较小的空间中。
48.在本技术的一些实施例中，如图1所示，间隔层130开设有通孔131以使电子能够与能量传输层140接触。具体地，间隔层130大致为长方形板状结构，在间隔层130内部开设有长方形通孔。通孔131能够使金属层120发出的电子与能量传输层140接触，以产生电势能。能量传输层140接收到外部能量后会产生振动，通过间隔层130的通孔131与金属层120产生周期性的间断接触，即周期性的间断摩擦，从而在金属层120与能量传输层140之间产生电势能。可以理解的是，通孔131还可以设置为圆形、多边形等其他形状。
49.在本技术的一些实施例中，第一封装层110的材料为聚乳酸或聚乙烯醇，间隔层130的材料为聚乳酸或聚乙烯醇，第二封装层150的材料为聚乳酸或聚乙烯醇。由于聚乳酸、聚乙烯醇具有极好的生物兼容性和绝缘性能，因此可以作为第一封装层110、第二封装层150、间隔层130的材料，并且聚乳酸、聚乙烯醇能够在待测物中自动分解，而无需采用其他手段取出，提高了应用的便利性。其中，材料为聚乳酸的第一封装层110、第二封装层150用来保护内部结构，还可以避免待测物出现排异反应，提高了安全性。可以理解的是，第一封装层110、第二封装层150、间隔层130的材料还可以选择其他具有生物兼容性、绝缘性能且能够分解的生物材料。
50.在本技术的一些实施例中，金属层120的材料为医用镁合金或医用金属钼。其中，医用镁合金或医用金属钼具有良好生物兼容性与可吸收性，并且具有电正性，能够提供电子以获得高输出功率的电能。例如，金属层120选用医用镁合金，将可植入可吸收的超声波能量转换装置应用于人体中，以给人体内部的植入设备提供电能。医用镁合金作为第三代生物医用材料，具有良好的吸收性和生物相容性，能够减少人体出现排异的情况，并且在使用一段时间达到治疗效果后，能够被人体吸收，无需通过手术等方式取出，减少了对病人的二次伤害。
51.在本技术的一些实施例中，能量传输层140的材料为聚乙烯醇、透明质酸或酪蛋白。具体地，聚乙烯醇、透明质酸或酪蛋白具有极好的电负性和可降解性。当能量传输层140与金属层120接触时，能够获取金属层120发出的电子，从而产生电势。可以理解的是，能量传输的材料还可以为其他聚酯类、缩聚物、乙烯聚合物材料等，例如聚乙二醇、聚已内酯、聚原酸酯、聚氰基丙烯酸烷酯、透明质酸、清蛋白等，使用者可以根据需求进行相应的选择。
52.在一些实施例中，如图1和2所示，本技术还提供了一种可植入可吸收的超声波能量存储系统，包括能量输入装置200和可植入可吸收的超声波能量转换装置100。能量输入装置200用于输出振动能量；可植入可吸收的超声波能量转换装置100用于接收振动能量并将振动能量转换为电势能进行存储；其中，电势能用于给待供电设备提供电能。
53.具体地，能量输入装置200向可植入可吸收的超声波能量存储能量输送振动能量，可植入可吸收的超声波能量转换装置100中的能量传输层140会吸收振动能量，并通过间隔层130的通孔131与金属层120间断接触，由于摩擦作用，在能量传输层140与金属层120之间会产生电势能，电势能能够对待供电设备提供电能，使其能够正常工作。
54.根据本技术实施例的可植入可吸收的超声波能量存储系统，通过设置上述可植入可吸收的超声波能量转换装置100，能够通过摩擦生电原理将振动能量转换为电势能，给待供电设备提供足够的功率以使其能正常工作。
55.在本技术的一些实施例中，如图1至图3所示，能量输入装置200包括超声波发生器210，超声波发生器210用于向可植入可吸收的超声波能量转换装置100输送振动能量，以使
可植入可吸收的超声波能量转换装置100产生电势能。
56.具体地，超声波发生器210与待测物接触时，能量传输层140会接收到超声波发生器210发出的超声波，并开始上下振动。在上下振动的过程中，能量传输层140会通过通孔131与金属层120间隔接触，由于摩擦发电的原理，在金属层120与能量传输层140之间会产生电势能以供待供电设备工作。可植入可吸收的超声波能量转换装置100通过吸收超声波的能量能够得到较高的输出功率，均方开路电压能够达到10v、均方开路电流能够达到100μa，提高了能量传输的效率。其中，超声波发生器210的输出频率为20khz，可以理解的是，超声波发生器210的参数可以根据需求进行设置。
57.在一些实施例中，如图4所示，本技术还提供了一种可植入可吸收的超声波能量转换装置100的制作方法，用于制作本技术上述实施例中的可植入可吸收的超声波能量转换装置100，包括但不限于以下步骤：
58.步骤s100：在第一封装层表面通过旋涂溅射法镀金属以形成金属层；
59.步骤s200：在金属层远离第一封装层的一侧设置间隔层；其中，间隔层中心开设有通孔；
60.步骤s300：在间隔层远离金属层的一侧放置一层生物材料以形成能量传输层，能量传输层与金属层通过通孔接触；
61.步骤s400：在能量传输层远离间隔层的一侧设置第二封装层。
62.具体地，以聚乳酸作为第一封装层110，在第一封装层110表面旋涂一层医用镁合金以形成金属层120，金属层120能够在受到摩擦时，产生电子。在金属层120远离第一封装层110的一侧设置上有聚乳酸制成的间隔层130，其中，间隔层130中心设有通孔131，以使得金属层120能够与能量传输层140能够互相接触、产生摩擦。通过磁控溅射的方式在间隔层130远离金属层120的一侧放置一层聚乙烯醇，从而得到能量传输层140，能量传输层140在接受到外界能量时会产生振动，从而与金属层120发生摩擦产生电势能。最后在能量传输层140远离间隔层130的一侧设置聚乳酸作为第二封装层150，从而得到可植入可吸收的超声波能量转换装置100。由于聚乳酸、聚乙烯醇、医用金属镁均为可降解材料，具有突出的可吸收特性，因此当达到使用期限后，可植入可吸收的超声波能量转换装置100会自动降解，被待测物吸收而无需取出，提高了使用的便利性。
63.根据本技术实施例的可植入可吸收的超声波能量转换装置100的制作方法，通过上述制作方法能够得到可植入可吸收的超声波能量转换装置100，制备方法简单，有利于批量生产，并且能够满足用户的使用需求。
64.下面参考图1至图3以一个具体的实施例详细描述本技术实施例的可植入可吸收的超声波能量转换装置100。可以理解的是，下述描述仅是示例性说明，而不是对本技术的具体限制。
65.如图1至图3所示，可植入可吸收的超声波能量转换装置100从上到下依次由聚乳酸材料构成的第一封装层110、医用金属镁材料构成的金属层120、聚乳酸材料构成的间隔层130、聚乙烯醇材料构成的能量传输层140和聚乳酸材料构成的第二封装层150组成。第一封装层110、第二封装层150将内部结构封装起来，减少与待测物的接触。当使用外加能量时，如超声波，能量传输层140能够吸收能量产生振动，并通过间隔层130的通孔131与金属层120接触，通过摩擦生电的原理将振动能量转换为电势能，从而实现给待供电设备的供
能，使其能够正常运行。
66.例如，可植入可吸收的超声波能量转换装置100能够用于促进骨折的愈合，通过微创手术将可植入可吸收的超声波能量转换装置100植入到受伤区域，将超声探头放置于受伤区域外侧，能量传输层140会吸收超声能量发生振动并与金属层120接触，通过摩擦产生电流。电流的刺激能够有效促进局部组织血流速度的增加，从而促进相关生长因子和细胞因子的分泌，由于生长因子和细胞因子能够加速骨再生、快速启动骨重建阶段，因此可植入可吸收的超声波能量转换装置100的设置能够有效促进骨头的生长，提高愈合速率，愈合过程能够从12周缩短至6周左右。在骨折愈合后，可植入可吸收的超声波能量转换装置100会在体内逐步降解、被人体所吸收，使用者无需在通过手术等手段取出，减少了使用者的痛苦以及对使用者的二次伤害。
67.根据本技术实施例的可植入可吸收的超声波能量转换装置100，通过如此设置，可以达成至少如下的一些效果：通过金属层120与能量传输层140的摩擦，产生电势能并将电势能进行存储以供设备使用，实现了设备的无线能量补给，并且提高了外界能量的利用率；同时，可植入可吸收的超声波能量转换装置100采用可降解材料能够自动降解、被待测物吸收，减少了感染、炎症的风险；此外可植入可吸收的超声波能量转换装置100体积较小，能够应用于较小的空间中。
68.上面结合附图对本技术实施例作了详细说明，但是本技术不限于上述实施例，在所属技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本技术宗旨的前提下作出各种变化。此外，在不冲突的情况下，本技术的实施例及实施例中的特征可以相互组合。