Piezoelectric ultrasound energy–harvesting device for deep brain stimulation and analgesia applications

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作者
Tao Zhang,Huageng Liang,Zhen Wang,Chaorui Qiu,Yuan Bo Peng,Xinyu Zhu,Jiapu Li,Xu Ge,Jianbo Xu,Xian Huang,Junwei Tong,Jun Ouyang,Xiaofei Yang,Fei Li,Benpeng Zhu
出处
期刊:Science Advances [American Association for the Advancement of Science (AAAS)]
卷期号:8 (15) 被引量:97
标识
DOI:10.1126/sciadv.abk0159
摘要

Supplying wireless power is a challenging technical problem of great importance for implantable biomedical devices. Here, we introduce a novel implantable piezoelectric ultrasound energy–harvesting device based on Sm-doped Pb(Mg 1/3 Nb 2/3 )O 3 -PbTiO 3 (Sm-PMN-PT) single crystal. The output power density of this device can reach up to 1.1 W/cm 2 in vitro, which is 18 times higher than the previous record (60 mW/cm 2 ). After being implanted in the rat brain, under 1-MHz ultrasound with a safe intensity of 212 mW/cm 2 , the as-developed device can produce an instantaneous effective output power of 280 μW, which can immediately activate the periaqueductal gray brain area. The rat electrophysiological experiments under anesthesia and behavioral experiments demonstrate that our wireless-powered device is well qualified for deep brain stimulation and analgesia applications. These encouraging results provide new insights into the development of implantable devices in the future.
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