一种基于摩擦电纳米发电机的肿瘤电场治疗系统及其应用技术方案

本申请涉及一种基于摩擦电纳米发电机的肿瘤电场治疗系统及其应用。所述肿瘤电场治疗系统包括旋转轮盘结构摩擦电纳米发电机；所述旋转轮盘结构摩擦电纳米发电机包括定子和位于定子上方并与之接触的转子，所述定子和转子均固定于转轴上；所述定子包括固定电极层，所述固定电极层由两组电极网络组成，每组电极网络中均包括至少两个呈放射状排列的扇形电极，且每组电极网络中的扇形电极之间相互连接；所述转子包括旋转层，所述旋转层上包括至少两个扇形的摩擦材料，所述摩擦材料与所述固定电极层接触。所述肿瘤电场治疗系统解决了现有设备无法直接作用于深部肿瘤、装置复杂不便于日常使用、治疗费用高昂等问题。治疗费用高昂等问题。治疗费用高昂等问题。

【技术实现步骤摘要】
一种基于摩擦电纳米发电机的肿瘤电场治疗系统及其应用
[0001]

[0002]本申请涉及癌症治疗
，尤其是涉及一种基于摩擦电纳米发电机的肿瘤电场治疗系统及其应用。
[0003]
技术介绍

[0004]肿瘤电场治疗（TTFields）是一种通过便携式、无创的医疗器械实施的疗法，其原理是通过低强度（1
‑
3V/cm）、中频（100
‑
300kHz）交流电场治疗，已在多种肿瘤类型的相关研究中被证实可起到破坏肿瘤细胞有丝分裂、致使细胞周期停滞和诱导细胞凋亡的作用。TTFields的抗有丝分裂作用可能最终导致细胞死亡或形成具有不均匀染色体数目的异常分裂细胞，但对健康细胞没有影响。TTFields由附接到患者非侵入性换能器阵列和体外发电机组成，通过皮肤递送电场。其使用方法为将两对传感阵列紧密帖服于患者的身体上，通过便携式电场发生器产生中频低强度交变电场对患者进行治疗。具有非侵袭性、局部施放、持续性治疗等特点。美国食品和药物管理局（FDA）分别于2011年和2015年批准了电场疗法治疗复发性胶质母细胞瘤（GBM），以及电场疗法联合替莫唑胺用于治疗新诊断的GBM。2019年5月FDA批准 TTFields用于与化疗联合治疗恶性胸膜间皮瘤（MPM）患者的一线治疗。
[0005]目前穿戴式肿瘤电场治疗装置通过皮肤递送电场，其对位于躯体深部的肿瘤不能直接作用。同时穿戴式肿瘤电场治疗设备比较复杂，包含换能器阵列和体外发电机等一系列设备，患者每日需要佩戴超过18个小时的情况下，对日常生活和工作影响较大。另外，肿瘤电场治疗需要连续不间断进行治疗，但目前的治疗费用达到每月21000美元，一般患者无法长期负担如此高昂的治疗费用。
[0006]
技术实现思路

[0007]为了解决现有技术的不足，本申请提供一种基于摩擦电纳米发电机的肿瘤电场治疗系统，摩擦电纳米发电机（TENG）可以将人体日常运动中的机械能转化为电能，同时具有智能、灵活、柔性、可生物降解等特点。基于TENG的穿戴式/植入式肿瘤电场治疗系统可以做到小型化、集成化和智能化，解决了目前传统的穿戴式肿瘤电场治疗设备无法直接作用于深部肿瘤、装置复杂不便于日常使用、治疗费用高昂等问题。
[0008]为此，本申请第一方面提供了一种基于摩擦电纳米发电机的肿瘤电场治疗系统，所述肿瘤电场治疗系统包括摩擦电纳米发电机，所述摩擦电纳米发电机为旋转轮盘结构摩擦电纳米发电机。
[0009]本申请中，所述基于TENG的肿瘤电场治疗系统中包括一种旋转轮盘结构摩擦电纳米发电机，旋转轮盘结构摩擦电纳米发电机能够产生交变电流，直接作用于肿瘤细胞。所述肿瘤电场治疗系统产生的高电压小电流在短时间作用下可有效抑制肿瘤细胞增殖，产生细
胞周期阻滞，增加肿瘤细胞凋亡。TENG将人体生物力学能量转化为电能，作为肿瘤电场治疗系统的电源或者与治疗器件集成为一体化设备，可进一步缩小系统的体积，达到微米级，可以实现实时自供电，不用外接发电机。TENG器件的低电流输出减少了热量的产生，使TENG器件在实现高电压输出的同时仍保持良好的生物活性和生物相容性，并避免了对周围正常组织的热损伤，具有良好的安全性。此外，将TENG技术与常规的制造技术和低成本材料相结合，成本低，可以降低治疗费用，惠及更多肿瘤患者。优化体系结构设计可以增加能量密度，并有可能为基于TENG的肿瘤电场治疗系统提供治疗监测一体化等多种功能。基于TENG的传感器可以长时间收集患者生理生化数据，通过人工智能对监测数据进行实时分析反馈，专业医务人员可通过远程系统实时操控治疗设备，实现远程个体化精准诊疗。
[0010]在一些实施方式中，所述旋转轮盘结构摩擦电纳米发电机包括定子和位于定子上方并与之接触的转子，所述定子和转子均固定于转轴上；所述定子包括固定电极层，所述固定电极层由两组电极网络组成，每组电极网络中均包括至少两个呈放射状排列的扇形电极，且每组电极网络中的扇形电极之间相互连接；所述转子包括旋转层，所述旋转层上包括至少两个扇形的摩擦材料，所述摩擦材料与所述固定电极层接触。
[0011]本申请中，所述旋转层上的摩擦材料与固定电极层上的电极网络相接触，在驱动机构的作用下，旋转层上的摩擦材料转动，通过与两组电极网络的摩擦产生高电压小电流输出，进而对肿瘤细胞施加交变电场。
[0012]本申请中，所述扇形电极的内径可以为30~40mm，外径可以为70~80mm，中心角可以为45~60度；所述扇形的摩擦材料的内径可以为30~40mm，外径可以为70~80mm，中心角可以为45~60度。
[0013]在一些实施方式中，所述转子还包括旋转层基材，且所述旋转层基材与所述旋转层上的摩擦材料之间设置有扇形的缓冲层。
[0014]本申请中，所设置的缓冲层能够起到缓冲和保持转子平衡的作用，进而保证摩擦材料与电极网络的有效接触，减少装配或操作时装置难度。同时所设置的缓冲层能够使摩擦材料与电极网络实现软接触，减轻器件磨损和电荷损耗。
[0015]本申请对所述旋转基材的形状没有明确限定。例如，所述旋转基材的形状可以为方形板或圆形板等。在一些具体实施方式中，所述旋转基材的形状为圆形板，其直径可以为70~80mm，厚度可以为8 ~10mm。
[0016]本申请中，所述旋转基材的材质具有绝缘性特性，例如亚克力基底。在一些具体实施方式中，所述旋转基材可以为直径为80mm的圆形丙烯酸板。
[0017]本申请中，所述转轴位于旋转基材的正中心，确保转子的动平衡以减少振动，降低机械损耗。
[0018]本申请中，所述转子可以为旋转基材表面承载有扇形的摩擦材料和缓冲层的凸台结构。
[0019]在一些优选的实施方式中，所述摩擦材料的边缘包覆所述缓冲层。通过上述设置可以防止摩擦材料在旋转的过程中边缘翘起。
[0020]在一些优选的实施方式中，所述缓冲层的厚度为5~8 mm。
[0021]本申请中，通过将所述缓冲层的厚度控制在5~8 mm，能够将所述缓冲层的作用发挥到最佳。若所述缓冲层的厚度太薄，缓冲层的缓冲作用会下降；若缓冲层的厚度太厚，不
仅会浪费材料，同时也会使转子转动时振动过大，降低电荷产生的效率。
[0022]本申请中，所述扇形的缓冲层的内径可以为30~40mm，外径可以为70~80mm，中心角可以为45~60度。
[0023]在一些实施方式中，所述缓冲层的材料为有回弹功能的材料。
[0024]本申请中，通过选用有回弹功能的材料作为缓冲层的材料才能发挥所述缓冲层的缓冲作用。
[0025]在一些具体实施方式中，所述有回弹功能的材料选自泡沫、软胶质、海绵和橡胶中的至少一种。
[0026]在一些实施方式中，每组电极网络中的扇形电极个数相同，均为3~4个。
[0027]在一些具体实施方式中，每组电极网络中的扇形电极个数均为4个。
[0028]在一些实施方式中，所述两组电极网络中的扇形电极间隔排布。
[0029]在一些实施方式中本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于摩擦电纳米发电机的肿瘤电场治疗系统，其特征在于，所述肿瘤电场治疗系统包括摩擦电纳米发电机，所述摩擦电纳米发电机为旋转轮盘结构摩擦电纳米发电机。2.根据权利要求1所述的肿瘤电场治疗系统，其特征在于，所述旋转轮盘结构摩擦电纳米发电机包括定子和位于定子上方并与之接触的转子，所述定子和转子均固定于转轴上；所述定子包括固定电极层，所述固定电极层由两组电极网络组成，每组电极网络中均包括至少两个呈放射状排列的扇形电极，且每组电极网络中的扇形电极之间相互连接；所述转子包括旋转层，所述旋转层上包括至少两个扇形的摩擦材料，所述摩擦材料与所述固定电极层接触。3. 根据权利要求2所述的肿瘤电场治疗系统，其特征在于，所述转子还包括旋转层基材，且所述旋转层基材与所述旋转层上的摩擦材料之间设置有扇形的缓冲层；优选地，所述摩擦材料的边缘包覆所述缓冲层；进一步优选地，所述缓冲层的厚度为5~8 mm。4.根据权利要求3所述的肿瘤电场治疗系统，其特征在于，所述缓冲层的材料为有回弹功能的材料；优选地，所述有回弹功能的材料选自泡沫、软胶质、海绵和橡胶中的至少一种。5.根据权利要求2或3所述的肿瘤电场治疗系统，其特征在于，每组电极网络中的...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈梅华，郎锦义，张岩，崔鑫，康孟哲，
申请(专利权)人：四川省肿瘤医院，
类型：发明
国别省市：