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憑借固態(tài)電解質(zhì)、高能量密度和薄的封裝，固態(tài)電池變得越來越小，這有助于推動(dòng)醫(yī)療植入物的發(fā)展。 

自 Åke Senning 將第一個(gè)心臟起搏器植入患者體內(nèi)已經(jīng)過去了六十多年。盡管今天起搏器的療效得到顯著改善，但仍然適應(yīng)于同樣的原則：電池向脈沖發(fā)生器供電，以維持患者足夠的心率。

類似的原理也可應(yīng)用于其他醫(yī)療領(lǐng)域，例如神經(jīng)調(diào)節(jié)裝置，它通過有針對性的電刺激來改變神經(jīng)活動(dòng)。神經(jīng)調(diào)節(jié)最初是為了通過腦深部刺激來治療慢性疼痛而開發(fā)的，但隨著對這一領(lǐng)域的深入了解，它的用途已從緩解疼痛擴(kuò)展到其他類型的治療，包括帕金森癥、盆腔疾病和心絞痛。

通常，患者必須前往醫(yī)療機(jī)構(gòu)進(jìn)行此類治療或使用電池組為植入物供電。如果可以通過集成的電源使植入物變得更小，那么將為該領(lǐng)域創(chuàng)造更多的機(jī)會(huì)。

例如，可以開發(fā)心臟傳感器和無引線起搏器，并使用導(dǎo)管將其植入心臟。這種類型的治療會(huì)帶來很多益處：手術(shù)的侵入性更小，患者的恢復(fù)時(shí)間更短，感染的風(fēng)險(xiǎn)也更小，而且整個(gè)過程更快且成本更低。

更好的電源還可以確保植入物能在更長的時(shí)間內(nèi)保持原位，從而減少整體手術(shù)量。最后，通過加入無線技術(shù)，可通過植入物中的附加傳感器提供有關(guān)患者狀況的更高級別的信息。相同的無線技術(shù)也可讓修改設(shè)備的程序更容易。

固態(tài)電池是縮小植入物的關(guān)鍵

設(shè)計(jì)小型醫(yī)療設(shè)備的主要障礙是電池。組成神經(jīng)調(diào)節(jié)裝置或起搏器的其他主要部件已經(jīng)實(shí)現(xiàn)小型化，例如微控制器、電源管理芯片和無線控制器。

目前，用于醫(yī)療植入物的電池?fù)碛旋嫶蟮捏w積，且不可充電。如果患者必須進(jìn)行手術(shù)才能更換電池，那么重要的是將盡可能多的能量儲存到位以延長手術(shù)之間的間隔。

可充電電池是進(jìn)一步延長手術(shù)間隔時(shí)間的理想選擇，但從歷史上看，患者在被要求對其植入物充電時(shí)表現(xiàn)出較低的依從性?？沙潆婋姵丶夹g(shù)也存在其他問題，例如鋰離子技術(shù)中使用的液體電解質(zhì)可能會(huì)起火。

不過，最近的電池技術(shù)取得了突破，可以為醫(yī)療產(chǎn)品開發(fā)人員提供更小且可充電的解決方案。固態(tài)電池使用對患者安全的固體電解質(zhì)，這意味著它們不需要其他電池使用的笨重的金屬封裝。

固態(tài)電池還具有其他優(yōu)點(diǎn)，例如大約 10 分鐘的快速充電時(shí)間，這應(yīng)該可以解決給電池充電的問題。高能量密度結(jié)合薄的封裝，意味著固態(tài)電池可以做得更小，同時(shí)提供相似的能量。

固態(tài)電池用于醫(yī)療植入物的一個(gè)實(shí)際例子是 Ilika 的 Stereax M300，它將于今年年底上市。Stereax M300的容量可達(dá)300µAh，能輕松充電。可以通過將電池堆疊在一起來增加電池容量，或者在電力需求高時(shí)添加單個(gè)電容器來提升短期輸出。Stereax M300的高度不到一毫米，而且外形可定制。它安全且防潮，是醫(yī)療應(yīng)用的理想選擇。

醫(yī)療應(yīng)用的未來

固態(tài)電池背后的技術(shù)仍處于早期階段。Stereax M300能為低水平電刺激提供足夠的功率，例如胃刺激或迷走神經(jīng)刺激所需的功率。根據(jù)Ilika的產(chǎn)品路線圖，該公司將推出一系列容量越來越大的電池，從而能為睡眠呼吸暫停等疾病提供中等水平的刺激，最后將能為慢性背痛和脊髓刺激提供更大水平的刺激。

更新的充電技術(shù)很快就會(huì)出現(xiàn)，讓植入這些設(shè)備的患者有更多自由。短期來看，超聲波技術(shù)將允許電池通過人體進(jìn)行充電。從長遠(yuǎn)來看，定向無線充電技術(shù)將能跟蹤整個(gè)房間的植入物并持續(xù)為其電池充電。類似這樣的技術(shù)將免除患者充電的負(fù)擔(dān)，并使該技術(shù)用于更多對生命至關(guān)重要的應(yīng)用中。

不過，由于電池是一項(xiàng)核心功能，因此需要在設(shè)計(jì)階段就充分考慮這一點(diǎn)，而不是等到最后才知道有哪些電池可以工作。此外，一種尺寸并不能適合所有人。因此，在設(shè)計(jì)階段盡早參與并與電池制造商合作，才能使這些設(shè)備充分發(fā)揮其潛力。我們需要圍繞醫(yī)療設(shè)備設(shè)計(jì)來定制電池，而不是根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)的電池選項(xiàng)來設(shè)計(jì)醫(yī)療設(shè)備。

隨著醫(yī)療產(chǎn)品設(shè)計(jì)師和電池供應(yīng)商的合作更加密切，未來我們將迎來更多令人興奮的創(chuàng)新的醫(yī)療植入物。

英國南安普頓大學(xué)孵化出的固態(tài)電池技術(shù)開發(fā)企業(yè)Ilika成立于2004年，是世界領(lǐng)先的固態(tài)電池技術(shù)開發(fā)商和新材料研發(fā)企業(yè)，2010 年于倫敦證券交易所上市。自2008年起，Ilika與豐田合作開發(fā)固態(tài)動(dòng)力電池技術(shù)。ilika擁有固態(tài)電池核心知識產(chǎn)權(quán)。通過IP 授權(quán)的方式將其固態(tài)電池技術(shù)運(yùn)用在包括新能源汽車和運(yùn)輸、電站、智能建筑、醫(yī)療等行業(yè)。

2016年，Ilika推出了用于工業(yè)無線傳感器的厘米級Stereax技術(shù)，2018年，Ilika與里卡多（Ricardo）英國公司、英國技術(shù)創(chuàng)新中心以及英國倫敦大學(xué)學(xué)院合作開展PowerDrive Line項(xiàng)目；2019年推出了用于微型醫(yī)療設(shè)備的毫米級微型電池；2020年4月，Ilika完成了1500萬英鎊的股票配售，以加速其固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)化。