【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于生物医学工程，更具体地，涉及一种基于电场耦合可降解导电水凝胶的无线化电刺激系统及应用。
技术介绍
1、随着世界各国经济水平的发展，脊髓损伤发生率呈现逐年增高的趋势。脊髓损伤是脊柱损伤最严重的并发症，往往导致损伤节段以下肢体严重的功能障碍。脊髓损伤不仅会给患者本人带来身体和心理的严重伤害，还会对整个社会造成巨大的经济负担。由于脊髓损伤所导致的社会经济损失，针对脊髓损伤的预防、治疗和康复已成为当今医学界的一大课题。
2、神经组织工程支架的目的在于解决组织器官移植供求不平衡之间的矛盾以及更有效的解决损伤修复难题。构建全新的支架代替损伤或者缺损的组织，从而成功解决因为神经损伤移植物缺乏和替代物导致的后遗症等不良后果，是一种有效的方法和根本途径。理想的神经组织工程支架材料应具有模拟神经组织形状的三维结构，并且要求其满足生物相容性好、无抗原性、容易获得且成本低廉等基本条件。这也正是本领域的科研人员长期以来最重要的研究方向之一。
3、另一方面，电刺激作为一种物理疗法，是指利用电流的刺激来调节生物反应，其在神经方向的作用已被广泛证实和接受，尤其是在防止失神经性肌肉萎缩和促进神经元再生方面。诸多实验证实，在细胞层面，电刺激是利于神经再生的因素，可被应用周围神经损伤治疗。但是，通过神经电极植入神经损伤部位进行有线电刺激需要在体内植入电极和连接线，术后需要进行二次手术取出电极，给患者带二次创伤且增加了感染的风险。此外，有线电刺激器的导线可能会在患者运动或活动时引起不适或疼痛，尤其是当导线移动或与周围组织摩擦时。有
4、因此，如何构建一种兼具可降解导电支架功能和无线化电刺激一体化平台是研究的难点问题，即开发一种生物相容性好、高电导率的理想神经组织工程支架并且能够提供无线化电刺激，克服这些感染风险、有线束缚和不适或疼痛等问题，提供更便携、灵活、舒适的神经刺激治疗，从而达到激活神经轴突再生能力、促进神经轴突生长的目标，是其研究和发展的重中之重。
技术实现思路
1、针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术的目的在于提供一种基于电场耦合可降解导电水凝胶的无线化电刺激系统及应用，其中通过对系统的组成及相应的工作方式进行改进，能够更加高效、便捷的驱动可降解导电水凝胶产生感应电压，促进细胞或组织的培养。本专利技术中基于可降解导电水凝胶协同电场耦合效应的无线化电刺激系统，基于可降解导电水凝胶响应高频交变电场所产生的无线化电刺激，是以可降解导电水凝胶作为电容器的电极，在另一金属薄膜电极片提供的高频交变电场中，电场耦合效应能激发可降解导电水凝胶产生感应电压信号。本专利技术基于电场耦合可降解导电水凝胶的无线化电刺激系统，可以实现深部组织的精确定位，向深部组织精确传送电刺激，尤其适合神经组织或肌肉组织进行电刺激，这种无线化电刺激方法，为神经组织工程或其他组织工程研究领域提供了一种新电刺激方法。
2、为实现上述目的，按照本专利技术的一个方面，提供了一种基于电场耦合可降解导电水凝胶的无线化电刺激系统，其特征在于，包括配合使用的可降解导电水凝胶和无线电发生组件，其中：
3、所述无线电发生组件用于提供交变电场，是使用函数发生器作为信号输入端，该函数发生器连接具有绝缘层的金属电极片；通过使所述可降解导电水凝胶置于由具有绝缘层的金属电极片提供的交变电场中，所述可降解导电水凝胶由于与所述金属电极片之间的电场耦合效应会产生感应电压，实现无线化可控电刺激。
4、作为本专利技术的进一步优选，所述金属电极片接收到的来自所述函数发生器的电压信号，其电压幅值为0.1v～10v，频率为1mhz～10mhz。
5、作为本专利技术的进一步优选，所述函数发生器用于将连续波调制成脉冲波输出；
6、优选的，脉冲波的脉宽为1～10ms，脉冲间隔为0.1～10s，电压幅值为0.1v～10v。
7、作为本专利技术的进一步优选，所述可降解导电水凝胶是将可降解导电纳米材料、生物高分子材料与交联剂均匀混合后交联得到的；
8、所述可降解导电水凝胶优选为可注射的可降解导电水凝胶。
9、作为本专利技术的进一步优选，所述具有绝缘层的金属电极片，其中的金属电极片部分选自：金极片、银极片、铝极片、铜极片、铁极片、镁极片、锡极片、铬极片、镍极片、钼极片；金属电极片部分的厚度为0.1～10μm。
10、按照本专利技术的另一方面，本专利技术提供了上述基于电场耦合可降解导电水凝胶的无线化电刺激系统的使用方法，其特征在于，包括以下步骤：
11、(1)将可降解导电纳米材料、生物高分子材料与交联剂均匀混合然后交联，得到可降解导电水凝胶；
12、(2)将所述可降解导电水凝胶通过表面培养或三维培养进行细胞培养，在细胞培养的同时通过无线电发生组件驱动所述可降解导电水凝胶产生感应电压，实现可控电刺激。
13、作为本专利技术的进一步优选，所述步骤(1)中，所述可降解导电纳米材料选自：本征或元素掺杂的黑磷纳米片、本征或元素掺杂的硅磷纳米片、本征或元素掺杂的锗磷纳米片；
14、所述生物高分子材料为透明质酸、壳聚糖、硫酸软骨素、甲基丙烯酸酯化明胶和海藻酸钠中的一种或多种的组合；
15、所述交联剂为辣根过氧化物酶、戊二醛、氯化钙中的一种或多种的组合；
16、优选的，所述可降解导电纳米材料与所述生物高分子材料的质量比为(0.5％～20％)：1。
17、按照本专利技术的又一方面，本专利技术提供了上述基于电场耦合可降解导电水凝胶的无线化电刺激系统在制备神经损伤修复医疗器械中的应用；
18、优选的，所述神经损伤修复医疗器械为脊髓神经损伤修复医疗器械。
19、通过本专利技术所构思的以上技术方案，与现有技术相比，本专利技术通过对系统的组件构成进行改进，通过将可降解导电水凝胶置于交变电场中，使用函数发生器作为信号输入端，连接到具有绝缘层的金属电极片上产生电场(该金属电极片连接函数发生器，位于体外)，导电水凝胶在电场驱动下迫使电解质中离子随着交变电场方向变化而移动，进而在导电水凝胶中产生交变电压，实现对周围组织、细胞的电刺激。参与形成本专利技术中的电刺激为无线化电刺激方式，不需要外接电极植入机体组织，避免了进行二次手术取出电极，极大减少了给患者带二次创伤和不必要的感染。
20、本专利技术利用交变电场激发可降解导电水凝胶产生无线化电刺激，能够在导电水凝胶中产生交变电压，进而实现对周围组织或细胞的电刺激。具体说来，能够取得以下有益效果：
21、(1)本专利技术中的导电水凝胶，可参照现有技术，由包括可降解导电纳米材料、生物高分子材料和交联剂在内的原料制成，其中，生物高分子材料和交联剂用于形成水凝胶的框架，可降解导电纳米材料用于负载于水凝胶的内部或表面以提高水凝胶的导电性。例如，本专利技术专利技术人前期研究制得了一种导电可降解多功能组织工程支架(可参见中国专利cn113425899a)，采用可降解的导本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于电场耦合可降解导电水凝胶的无线化电刺激系统，其特征在于，包括配合使用的可降解导电水凝胶和无线电发生组件，其中：
2.如权利要求1所述基于电场耦合可降解导电水凝胶的无线化电刺激系统，其特征在于，所述金属电极片接收到的来自所述函数发生器的电压信号，其电压幅值为0.1V～10V，频率为1MHz～10MHz。
3.如权利要求1所述基于电场耦合可降解导电水凝胶的无线化电刺激系统，其特征在于，所述函数发生器用于将连续波调制成脉冲波输出；
4.如权利要求1所述基于电场耦合可降解导电水凝胶的无线化电刺激系统，其特征在于，所述可降解导电水凝胶是将可降解导电纳米材料、生物高分子材料与交联剂均匀混合后交联得到的；
5.如权利要求1所述基于电场耦合可降解导电水凝胶的无线化电刺激系统，其特征在于，所述具有绝缘层的金属电极片，其中的金属电极片部分选自：金极片、银极片、铝极片、铜极片、铁极片、镁极片、锡极片、铬极片、镍极片、钼极片；金属电极片部分的厚度为0.1～10μm。
6.如权利要求1－5任意一项所述基于电场耦合可降解导电水凝胶的无线
7.如权利要求6所述使用方法，其特征在于，所述步骤(1)中，所述可降解导电纳米材料选自：本征或元素掺杂的黑磷纳米片、本征或元素掺杂的硅磷纳米片、本征或元素掺杂的锗磷纳米片；
8.如权利要求1－5任意一项所述基于电场耦合可降解导电水凝胶的无线化电刺激系统在制备神经损伤修复医疗器械中的应用；
...【技术特征摘要】
1.一种基于电场耦合可降解导电水凝胶的无线化电刺激系统，其特征在于，包括配合使用的可降解导电水凝胶和无线电发生组件，其中：
2.如权利要求1所述基于电场耦合可降解导电水凝胶的无线化电刺激系统，其特征在于，所述金属电极片接收到的来自所述函数发生器的电压信号，其电压幅值为0.1v～10v，频率为1mhz～10mhz。
3.如权利要求1所述基于电场耦合可降解导电水凝胶的无线化电刺激系统，其特征在于，所述函数发生器用于将连续波调制成脉冲波输出；
4.如权利要求1所述基于电场耦合可降解导电水凝胶的无线化电刺激系统，其特征在于，所述可降解导电水凝胶是将可降解导电纳米材料、生物高分子材料与交联剂均匀混合后交联得到的；
5.如权利要求1所述...
【专利技术属性】
技术研发人员：罗志强，徐燕萍，徐超，李雪瑶，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：
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