mateltechИзвестия высших учебных заведений. Материалы электронной техникиIzvestiya Vysshikh Uchebnykh Zavedenii. Materialy Elektronnoi Tekhniki = Materials of Electronics Engineering1609-35772413-6387MISIS10.17073/1609-3577j.met202411.635mateltech-635Research ArticleМатематическое моделирование в материаловедении электронных компонентовMATHEMATICAL MODELING IN MATERIALS SCIENCE OF ELECTRONIC COMPONENTSПовышение стойкости электронных компонентов в системе индуктивного энергообеспечения имплантируемых медицинских приборовIncreasing the durability of electronic components in the inductive power supply system of implantable medical deviceshttps://orcid.org/0000-0001-6664-2434ГуровК. О.GurovK. O.

пл. Шокина, д. 1, Зеленоград, Москва, 124498

Гуров Константин Олегович — младший научный сотрудник

1 Shokin Sq., Zelenograd, Moscow 124498

Konstantin O. Gurov — Junior Research

constantinegurov@yandex.ruНациональный исследовательский университет «МИЭТ»РоссияNational Research University of Electronic TechnologyRussian Federation202412012025274341347Copyright © Гуров К.О., 20252025Гуров К.О.Gurov K.O.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://met.misis.ru/jour/article/view/635

В работе описывается проблема выбора электронных компонентов в системе индуктивного энергообеспечения имплантируемых медицинских приборов. Установлено, что применение компонентов с низким эквивалентным последовательным сопротивлением, а также применение конденсаторов с температурным коэффициентом емкости типа NP0 позволяет снизить нагрев системы индуктивной передачи энергии с усилителем мощности класса Е более чем на 40 %. Проведено сравнение защитных (конформных) покрытий для снижения нагрева электронных компонентов и повышения их стойкости к агрессивной среде организма человека. Разработан экспериментальный образец системы индуктивной передачи энергии к имплантируемым медицинским приборам с уретановым конформным покрытием и герметичным корпусом из политетрафторэтилена и проведено его успешное тестирование на лабораторном животном.

The paper describes the problem of selecting electronic components in the inductive power supply system of implantable medical devices. It has been established that the use of components with low equivalent series resistance, as well as the use of capacitors with a temperature coefficient of capacitance of the NP0 type, allows reducing the heating of the inductive power transfer system with a class E power amplifier by more than 40%. A comparison of protective (conformal) coatings for reducing the heating of electronic components and increasing their resistance to the aggressive environment of the human body has been carried out. An experimental sample of the inductive power transfer system to implantable medical devices with a urethane conformal coating and a sealed polytetrafluoroethylene case has been developed and successfully tested on a laboratory animal.

электронная компонентная базазащитные покрытияиндуктивная передача энергииимплантируемые медицинские приборыelectronic component baseprotective conformal coatingsinductive power transferimplantable medical devicesРабота выполнена при финансовой поддержке Минобрнауки России в рамках реализации крупного научного проекта (соглашение № 075-15-2024-555 от 25.04.2024).The work was carried out with the financial support of the Ministry of Education and Science of Russia as part of the implementation of a large scientific project (agreement No. 075-15-2024-555 dated April 25, 2024).ReferencesГуров К.О., Миндубаев Э.А. Проектирование усилителя мощности класса Е для систем силовой электроники. Наноиндустрия. 2020; 13(S5-1(102)): 190—196. https://doi.org/10.22184/1993-8578.2020.13.5s.190.196Gurov K.O., Mindubaev E.A. Designing a class E power amplifier for power electronics systems. Nanoindustry. 2020; 13(S5-1(102)): 190—196. (In Russ.). https://doi.org/10.22184/1993-8578.2020.13.5s.190.196Миндубаев Э.А., Гуров К.О. Элементная база для создания высокоэффективных систем беспроводной передачи энергии. Наноиндустрия. 2023; 16(S9-1(119)): 75—78. https://doi.org/10.22184/1993-8578.2023.16.9s.75.78Mindubaev E.A., Gurov K.O. Elemental base for creating highly efficient systems of wireless power transmission. Nanoindustry. 2023; 16(S9-1(119)): 75—78. (In Russ.). https://doi.org/10.22184/1993-8578.2023.16.9s.75.78Селютина Е.В., Гуров К.О., Миндубаев Э.А., Данилов А.А. Влияние паразитных компонентов и нагрева конденсаторов на адаптивную подстройку усилителя мощности в системе индуктивного питания медицинских имплантатов. Известия вузов. Электроника. 2024; 29(1): 108—117. https://doi.org/10.24151/1561-5405-2024-29-1-108-117Selyutina E.V., Gurov K.O., Mindubaev E.A., Danilov A.A. Parasitic components and heating of capacitors impact on power amplifier adaptive tuning in the inductive supply system for medical implants. Proceeding of University. Electronics. 2024; 29(1): 108—117. (In Russ.). https://doi.org/10.24151/1561-5405-2024-29-1-108-117Фил К., Шихов С. Конформные покрытия для жестких условий эксплуатации. Технологии в электронной промышленности. 2020; (4(120)): 26—32.Phil K., Shikhov S. Conformal coatings for harsh operating conditions. Tekhnologii v elektronnoi promyshlennosti. 2020; (4(120)): 26—32. (In Russ.)Seok S. Polymer-based biocompatible packaging for implantable devices: Packaging method, materials, and reliability simulation. Micromachines. 2021; 12(9): 1020. https://doi.org/1010.3390/mi12091020Seok S. Polymer-based biocompatible packaging for implantable devices: Packaging method, materials, and reliability simulation. Micromachines. 2021; 12(9): 1020. https://doi.org/1010.3390/mi12091020Jeong J., Laiwalla F., Lee J., Ritasalo R., Pudas M.T., Larson L., Leung V., Nurmikko A. Conformal hermetic sealing of wireless microelectronic implantable chiplets by multilayered atomic layer deposition (ALD). Advanced Functional Materials. 2019; 29(5): 1806440. https://doi.org/10.1002/adfm.201806440Jeong J., Laiwalla F., Lee J., Ritasalo R., Pudas M.T., Larson L., Leung V., Nurmikko A. Conformal hermetic sealing of wireless microelectronic implantable chiplets by multilayered atomic layer deposition (ALD). Advanced Functional Materials. 2019; 29(5): 1806440. https://doi.org/10.1002/adfm.201806440Baj-Rossi C., Kilinc E.G., Ghoreishizadeh S.S., Casarino D., Jost T.R., Dehollain C., Grassi F., Pastorino L., De Micheli G., Carrara S. Fabrication and packaging of a fully implantable biosensor array. In: 2013 IEEE Biomedical Circuits and Systems Conference (BioCAS), Rotterdam, Netherlands; 2013. P. 166—169. https://doi.org/10.1109/BioCAS.2013.6679665Baj-Rossi C., Kilinc E.G., Ghoreishizadeh S.S., Casarino D., Jost T.R., Dehollain C., Grassi F., Pastorino L., De Micheli G., Carrara S. Fabrication and packaging of a fully implantable biosensor array. In: 2013 IEEE Biomedical Circuits and Systems Conference (BioCAS), Rotterdam, Netherlands; 2013. P. 166—169. https://doi.org/10.1109/BioCAS.2013.6679665Joung Y.-H. Development of implantable medical devices: from an engineering perspective. International Neurourology Journal. 2013; 17(3): 98—106. https://doi.org/10.5213/inj.2013.17.3.98Joung Y.-H. Development of implantable medical devices: from an engineering perspective. International Neurourology Journal. 2013; 17(3): 98—106. https://doi.org/10.5213/inj.2013.17.3.98Hench L.L. Bioceramics. Journal of the American Ceramic Society. 1998; 81(7): 1705—1728. https://doi.org/10.1111/j.1151-2916.1998.tb02540.xHench L.L. Bioceramics. Journal of the American Ceramic Society. 1998; 81(7): 1705—1728. https://doi.org/10.1111/j.1151-2916.1998.tb02540.xSuchanek W., Yashimura M. Processing and properties of hydroxyapatite-based biomaterials for use as hard tissue replacement implants. Journal of Materials Research. 1998; 13(01): 94—117. https://doi.org/10.1557/JMR.1998.0015Suchanek W., Yashimura M. Processing and properties of hydroxyapatite-based biomaterials for use as hard tissue replacement implants. Journal of Materials Research. 1998; 13(01): 94—117. https://doi.org/10.1557/JMR.1998.0015Mark J.E. (ed). Physical properties of polymers. NY: Springer; 2007. 1063 p.Mark J.E. (ed). Physical properties of polymers. NY: Springer; 2007. 1063 p.Тихоновский М.А., Шепелев А.Г., Кутний К.В., Немашкало О.В. Биоматериалы: анализ современных тенденций развития на основе данных об информационных потоках. Вопросы атомной науки и техники. Серия: Вакуум, чистые материалы, сверхпроводники (17). 2008; (1): 166—172.Tikhonovsky M.A., Shepelev A.G., Kutny K.V., Nemashkalo O.V. Biomaterials: analysis of current trends of development on the basis of information flow data. Voprosy atomnoi nauki i tekhniki. Seriya: Vakuum, chistye materialy, sverkhprovodniki (17). 2008; (1): 166—172. (In Russ.)Gurov K.O., Danilov A.A., Mindubaev E.A., Ryabchenko E.V., Surkov O.A. The assembly’s sheath for inductive powering of artificial organs. The International Journal of Artificial Organs. Abstracts from the 46th ESAO Congress 3–7 September 2019 Hannover, Germany. 2019; 42(8): 428.Gurov K.O., Danilov A.A., Mindubaev E.A., Ryabchenko E.V., Surkov O.A. The assembly’s sheath for inductive powering of artificial organs. The International Journal of Artificial Organs. Abstracts from the 46th ESAO Congress 3–7 September 2019 Hannover, Germany. 2019; 42(8): 428.Danilov A.A., Mindubaev E.A., Gurov K.O., Aubakirov R.R., Surkov O.A., Ryabchenko E.V., Selihchev S.V. Wireless powering of artificial organs: overcoming challenges. The International Journal of Artificial Organs. Abstracts from the 46th ESAO Congress 3–7 September 2019 Hannover, Germany. 2019; 42(8): 411.Danilov A.A., Mindubaev E.A., Gurov K.O., Aubakirov R.R., Surkov O.A., Ryabchenko E.V., Selihchev S.V. Wireless powering of artificial organs: overcoming challenges. The International Journal of Artificial Organs. Abstracts from the 46th ESAO Congress 3–7 September 2019 Hannover, Germany. 2019; 42(8): 411.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.