Thermoelektrischer Generator für elektrisch aktive Implantate

In diesem Vorschlag wird das Potenzial miniaturisierter thermoelektrischer Generatoren (TEGs) für die unbegrenzte Betriebszeit medizinischer Implantate untersucht. Solche Generatoren nutzen die Wärme des menschlichen Körpers, um elektrisch aktive Implantate mithilfe des Seebeck-Effekts in thermoelektrischem Material mit elektrischer Energie zu versorgen. Obwohl einfache TEGs für Industrie- und Automobilanwendungen mit Temperaturunterschieden von mehreren zehn Grad existieren, wurde kein Generator speziell für die Anwendung in medizinischen Implantaten vorgeschlagen. Diese Arbeit zielt darauf ab, den Bedarf an miniaturisierten TEGs zu decken, die aus dem menschlichen Körper heraus mit typischen Temperaturunterschieden von wenigen Grad arbeiten.

Für eine optimale Leistungsabgabe müssen zwei Optimierungsziele erreicht werden. Am wichtigsten ist, dass die Anpassung der thermischen Belastung zwischen dem Wärmewiderstand des Implantats und den thermischen Eigenschaften des umgebenden Körpergewebes berücksichtigt werden muss. Dies gewährleistet optimale thermische Randbedingungen für das Implantat. Zweitens muss das TEG-Design - insbesondere sein elektrischer Widerstand - die Eingangsimpedanz der angeschlossenen Schaltungen berücksichtigen. Daher wird ein Finite-Elemente-Modell (FE-Modell) entwickelt, das das TEG, das Gehäuse und das umgebende Körpergewebe integriert, um das Design unter Berücksichtigung der thermoelektrischen Effekte wie des Peltier-Effekts zu optimieren. Das Gewebemodell sollte Bio-Wärmeeffekte wie Blutperfusion Q_b und metabolische Wärmeerzeugung Q_m berücksichtigen. Für eine effiziente Simulation wird Model Order Reduction (MOR) verwendet, um das FE-Modell in großem Maßstab zu reduzieren. Darüber hinaus wird ein neuartiger Montage- und Herstellungsansatz für miniaturisierte TEGs entwickelt. Wir stellen uns vor, Hunderte einzelner thermoelektrischer Elemente mit Sub-Millimeter-Abmessungen zusammenzubauen. Biokompatibilität und Anwendbarkeit in der Magnetresonanztomographie werden während des gesamten Projekts berücksichtigt.

Video folgt: TEG Herstellung