近年來，人們已經開發了許多植入式生物醫學裝置，並且無線功率傳輸（WPT）系統可作為直接向這些裝置提供功率而無需硬線連線的一種方式。植入式生物醫學裝置的進步已導致長期監測，診斷和治療等領域的改善。然而大多數WPT都是基於傳統的導電材料，例如金屬，這些材料的生物相容性和剛性較低。

而且，隨著裝置變得越來越複雜和複雜，裝置的功耗也隨之增加。植入式裝置中使用的典型電源是電池。但是，電池不適合長期治療，因為電池體積大且體內空間有限，因此需要進行侵入性手術以進行放置。從植入物的周圍環境中收集能量可延長使用壽命並帶來更多舒適感。

近日，

韓國首爾大學Chong-Chan Kim，Younghye Kim

在ACS Nano （IF=14。588）報道了一種使用柔軟和生物相容的水凝膠接收器的離子無線功率傳輸（IWPT）系統。

主要內容

描述了使用柔軟且生物相容的水凝膠接收器開發的離子無線電力傳輸（IWPT）系統。

雖然水凝膠接收器的電導率低於金屬，但接收器和傳送器之間的電容耦合使IWPT能夠以其

諧振頻率

傳遞4 mA的電流。

分析了透過電介質和電解質的

電容耦合

，如寄生效應，並將IWPT應用於可植入裝置以透過面板傳輸功率。

進一步開發了IWPT系統，以促進

電合成

。透過IWPT，證實了煙醯胺腺嘌呤二核苷酸磷酸（NADPH）在代謝中的還原劑的產生，顯示出其電合成的潛力

文章內容

圖1

圖1。離子無線電力傳輸（IWPT）系統的基本原理和操作。

當在發射器和接收器之間施加電壓時，發射器中的電荷會吸引接收器中具有相反電荷的離子，並排斥具有相同電荷的離子。 如果電壓迅速改變極性，即施加交流電壓，則耦合電容器交替充電和放電，使電流流入接收器。

圖2

圖2。 IWPT的特徵。

凝膠接收器厚度，大小等對IWPT系統的功率傳輸效率的影響。

圖3

圖3。透過各種填隙材料的功率傳輸。

在WPT系統中，發射器和接收器之間的間隙可以填充多種材料，其性質直接影響功率傳輸過程。 通常，電容器間隙填充有電介質以增強電容。 然而，對於可植入的應用，電容器間隙可以被包含電解質的組織填充。

因此，作者根據間隙填充材料對IWPT的效能進行了檢查。發射器和接收器用特氟龍薄膜（80微米）絕緣，以避免直接接觸填隙材料。

圖4

圖4。 IWPT系統的植入。

單極配置很難構建一個隔離的系統，因為單極系統的接收器需要透過電線接地。 為了將IWPT應用於被組織包圍的植入物，採用了與地面無線連線的雙極配置。

圖5

圖5。用IWPT進行電合成（生成NADPH）。

總結

作者展示了一種包含離子導體的WPT系統。 功率透過耦合電容器傳輸，耦合電容器由離子導電水凝膠接收器和金屬發射器組成。 時變電場透過靜電感應產生的離子電流可以為LED供電併為電池充電。

為了評估IWPT作為可植入裝置電源的能力，將IWPT插入小鼠的皮下部位，然後將電源透過面板轉移。 IWPT應該沒有電化學反應，但是透過用二極體控制離子的流動，在接收凝膠和電極之間的介面上產生了電合成。 電化學產生的材料可用於生物系統中。 選擇了NADPH（新陳代謝中的還原劑）作為目標產品，我們可以驗證NADPH的產生。

文章原文

對此文感興趣的可以下載，詳細研讀：

https：//pubs。acs。org/doi/10。1021/acsnano。0c04464

Chong-Chan Kim， et al， An Implantable Ionic Wireless Power Transfer System Facilitating Electrosynthesis。， ACS Nano， 2020