Nanolayered PVDF Thin Film Device for Implantable Cardiac Power Generation

用于植入式心脏发电的纳米层 PVDF 薄膜器件

基本信息

  • 批准号:
    1128677
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 37.99万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
    Continuing Grant
  • 财政年份:
    2011
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2011-09-01 至 2014-08-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

Research Objectives and Approaches:The objective of this research is to design flexible, multilayered polymer film power generators that convert cardiac motion into electrical power to recharge automatic implantable cardiac defibrillators and bi-ventricular pacemakers. The approach is to engineer the film thickness, crystalline and surface energy states, towards orders-of-magnitude enhancement in power output. Intellectual Merit: While longevity of average congestive heart failure patients has increased to 15 years after implantation, batteries for the cardiac defibrillators and pacemaker are replaced every 4-5 years. This mismatch poses significant clinical and economic burden. Our hypothesis is that flexible, conformable poly(vinylidene fluoride) (PVDF) films containing many nanolayers (each 10-100 nm thick) can be embedded inside the current intra-cardiac leads to convert cardiac mechanical motion into electrical energy by exploiting the piezoelectricity of PVDF. The research tasks include designing a power generator made of PVDF films, characterization and optimization of energy generation, and determination of mechano-electrical coupling efficiencies. Broader Impacts: This research paves the way towards the creation of robust, scalable, energy-relevant nanomaterials and implantable microsystems that capitalize upon with the extraordinary efficiency of the hearts contraction and relaxation. The findings will enable development of broad classes of tunable nanomaterials to tailor energy conversion characteristics with potential applications in energy efficient biochips. This project will be conducted at UT Austin and UT Health Science Center. Life scientists, engineering researchers, graduate and undergraduate students at both campuses will be trained in three key emerging areas of biomedical engineering, including biomedical microelectromechanical systems, nanomaterials and interventional cardiology.
研究目标和方法:本研究的目标是设计灵活的多层聚合物薄膜发电机,将心脏运动转换为电能,为自动植入式心脏除颤器和双室起搏器充电。方法是设计薄膜厚度、晶态和表面能态,以提高功率输出的数量级。智力价值:虽然充血性心力衰竭患者的平均寿命在植入后增加到15年,但心脏除颤器和起搏器的电池每4-5年更换一次。这种不匹配造成了巨大的临床和经济负担。我们的假设是,柔性的、可整合的聚偏氟乙烯(PVDF)薄膜可以包含多个纳米层(每个10-100 nm厚)嵌入到当前的心内电极中,通过利用PVDF的压电性将心脏的机械运动转换为电能。研究任务包括设计一种由PVDF薄膜制成的功率发生器,能量产生的表征和优化,以及机电耦合效率的测定。更广泛的影响:这项研究为创造强大的、可扩展的、与能源相关的纳米材料和可植入的微系统铺平了道路,这些材料和可植入的微系统利用心脏收缩和放松的非凡效率。这一发现将使各类可调纳米材料的开发成为可能,以适应能源转换特性,并在节能生物芯片中得到潜在应用。该项目将在德克萨斯大学奥斯汀分校和德克萨斯大学健康科学中心进行。两个校区的生命科学家、工程研究人员、研究生和本科生将接受生物医学工程三个关键新兴领域的培训,包括生物医学微机电系统、纳米材料和介入心脏病学。

项目成果

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