Powering implanted medical devices

Powering implanted medical devices (IMDs) is a long-term challenge since their use in biological environments requires a long-term and stable supply of power and a biocompatible and biodegradable battery system. Here, silk fibroin-based ion-exchange membranes are developed using bionics principles for reverse electrodialysis devices (REDs). Silk fibroin nanofibril (SNF) membranes are negatively and positively modified, resulting in strong cation and anion selectivity that regulates ion diffusion to generate electric power. These oppositely charged SNF membranes are assembled with Ag/AgCl electrodes into a multicompartment RED. By filling them with 10 and 0.001 mM NaCl solutions, a maximum output power density of 0.59 mW/m2 at an external loading resistance of 66 kΩ is obtained. In addition, 10 pairs of SNF membranes produce a considerable voltage of 1.58 V. This work is a proof of concept that key components of battery systems can be fabricated with protein materials. Combined with the emergence of water-based battery technologies, the findings in this study provide insights for the construction of tissue-integrated batteries for the next generation of IMDs

ผลลัพธ์ (ไทย) 1:

การจ่ายไฟให้กับอุปกรณ์การแพทย์ที่ฝังไว้ (IMD) ถือเป็นความท้าทายในระยะยาว เนื่องจากการใช้งานในสภาพแวดล้อมทางชีวภาพต้องใช้พลังงานในระยะยาวและมีเสถียรภาพ รวมถึงระบบแบตเตอรี่ที่เข้ากันได้ทางชีวภาพและย่อยสลายได้ทางชีวภาพ ที่นี่ เยื่อแลกเปลี่ยนไอออนที่ใช้ซิลค์ไฟโบรอินได้รับการพัฒนาโดยใช้หลักการไบโอนิคสำหรับอุปกรณ์รีเวอร์สอิเล็กโตรไดอะลิซิส (RED) เยื่อนาโนไฟบริลของไหมไฟโบรอิน (SNF) ได้รับการดัดแปลงทั้งทางลบและทางบวก ส่งผลให้เกิดการคัดเลือกไอออนบวกและไอออนที่แข็งแกร่ง ซึ่งควบคุมการแพร่กระจายของไอออนเพื่อสร้างพลังงานไฟฟ้า เมมเบรน SNF ที่มีประจุตรงข้ามเหล่านี้ประกอบเข้ากับอิเล็กโทรด Ag/AgCl ให้เป็น RED แบบหลายช่อง ด้วยการเติมสารละลาย NaCl 10 และ 0.001 mM จะทำให้ได้ความหนาแน่นของกำลังเอาต์พุตสูงสุด 0.59 mW/m2 ที่ความต้านทานโหลดภายนอก 66 kΩ นอกจากนี้ เมมเบรน SNF จำนวน 10 คู่ยังผลิตแรงดันไฟฟ้าได้มากที่ 1.58 V งานนี้เป็นข้อพิสูจน์แนวคิดที่ว่าส่วนประกอบสำคัญของระบบแบตเตอรี่สามารถประดิษฐ์ด้วยวัสดุโปรตีนได้ เมื่อรวมกับการเกิดขึ้นของเทคโนโลยีแบตเตอรี่ที่ใช้น้ำ ข้อค้นพบในการศึกษานี้ให้ข้อมูลเชิงลึกสำหรับการสร้างแบตเตอรี่แบบรวมเนื้อเยื่อสำหรับ IMD รุ่นต่อไป

ผลลัพธ์ (ไทย) 2:

การจัดหาพลังงานให้กับอุปกรณ์ทางการแพทย์แบบฝัง (IMD) เป็นความท้าทายในระยะยาวเนื่องจากการใช้งานในสภาพแวดล้อมทางชีวภาพต้องใช้แหล่งจ่ายไฟที่มั่นคงในระยะยาวและระบบแบตเตอรี่ที่ย่อยสลายได้ทางชีวภาพ ที่นี่เมมเบรนแลกเปลี่ยนไอออนที่ใช้ไหมไฟโบรอินตามอุปกรณ์ (REDs) ได้รับการพัฒนาโดยใช้หลักการไบโอนิค ไหมไฟโบรอินนาโนไฟเบอร์ (SNF) เมมเบรนที่มีการปรับเปลี่ยนเชิงลบและบวกในการผลิตไอออนบวกที่มีประสิทธิภาพและการเลือก anionic ควบคุมการแพร่กระจายของไอออนเพื่อผลิตกระแสไฟฟ้า เมมเบรน SNF ที่มีประจุตรงข้ามเหล่านี้ประกอบเข้ากับอิเล็กโทรด Ag / AgCl เป็น RED หลายห้อง โดยการเติมสารละลาย NaCl 10 และ 0.001mm ความหนาแน่นของกำลังไฟสูงสุดคือ 0.59mW / m2 ที่ความต้านทานโหลดภายนอกที่ 66kΩ นอกจากนี้เมมเบรน SNF 10 คู่สามารถสร้างแรงดันไฟฟ้าได้มากถึง 1.58V งานนี้พิสูจน์ให้เห็นว่าชิ้นส่วนสำคัญของระบบแบตเตอรี่สามารถผลิตจากวัสดุโปรตีนได้ ด้วย

ผลลัพธ์ (ไทย) 3:

เป็นความท้าทายในระยะยาวในการจัดหาอุปกรณ์ทางการแพทย์แบบฝังตัว( IMD )เนื่องจากการใช้งานในสภาพแวดล้อมทางชีวภาพต้องใช้แหล่งจ่ายไฟที่มีเสถียรภาพในระยะยาวและระบบแบตเตอรี่ที่เข้ากันได้ทางชีวภาพและย่อยสลายได้ ที่นี่เมมเบรนแลกเปลี่ยนไอออนที่ขึ้นอยู่กับโปรตีนไหมเป็นอุปกรณ์ป้องกันไฟฟ้าสถิต( red man )ที่พัฒนาขึ้นโดยใช้หลักการไบโอนิค เมมเบรนนาโนเส้นใยไหม( SNF )ถูกแก้ไขเป็นลบและบวกส่งผลให้มีการคัดเลือกไอออนบวกและไอออนที่แข็งแกร่งซึ่งควบคุมการแพร่กระจายของไอออนเพื่อสร้างพลังงานไฟฟ้า ฟิล์มSNFที่มีประจุตรงกันข้ามเหล่านี้ประกอบด้วยขั้วไฟฟ้าAg/AgClเป็นสีแดงหลายห้อง โดยการเติมสารละลายNaCl 10และ0.001มิลลิเมตรความหนาแน่นกําลังขาออกสูงสุด0.59 mw/m 2จะได้รับภายใต้ความต้านทานการโหลดภายนอก66 kω นอกจากนี้ฟิล์มSNF 10คู่สร้างแรงดันไฟฟ้า1.58โวลต์ งานนี้พิสูจน์ได้ว่าส่วนประกอบสําคัญของระบบแบตเตอรี่สามารถทําได้จากวัสดุโปรตีน เมื่อรวมกับการถือกําเนิดขึ้นของเทคโนโลยีแบตเตอรี่จากน้ําผลการวิจัยนี้ได้ให้ข้อมูลเชิงลึกเกี่ยวกับการสร้างแบตเตอรี่แบบบูรณาการสําหรับอุปกรณ์ทางการแพทย์แบบฝังตัวยุคหน้า