CN111820886B - 一种基于摩擦生电技术的血管痉挛监测装置 - Google Patents

一种基于摩擦生电技术的血管痉挛监测装置 Download PDF

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Abstract

本发明属于摩擦生电技术领域，具体涉及一种基于摩擦生电技术的血管痉挛监测装置，包括血管支架，血管支架上布设若干孔状结构，孔状结构上插配摩擦生电膜套，摩擦生电膜套包括内电极、内摩擦生电材料层、外摩擦生电材料层及外电极，内摩擦生电材料层和外摩擦生电材料层能够通过摩擦生电，内电极和外电极电连接生物电信号处理贴片。本发明适用于对血管进行监测，当血管壁平滑肌强烈收缩，管腔变狭窄，本发明的血管支架结构发生收缩，摩擦生电膜套发生机械形变产生摩擦，实现摩擦生电。电信号通过生物电信号处理贴片传递到外界信号采集终端，通过外界信号采集终端对电信号进行采集、分析，由此来监测血管痉挛并做到及时预警，对人体健康大有裨益。

Description

一种基于摩擦生电技术的血管痉挛监测装置
技术领域
本发明属于摩擦生电技术领域，具体涉及一种基于摩擦生电技术的血管痉挛监测装置。
背景技术
心脑血管疾病是头号健康杀手，占全球总死亡人数的比例超过30%。2018年，我国心脑血管病患人数约为3亿，心脑血管病导致的死亡占居民疾病死亡的40%以上，居各类疾病首位。心脑血管病通常与血管狭窄或堵塞有关，目前的心血管病的治疗手段有：药物治疗、手术修复和自体/异体或人工代替物移植等，随着科学技术的进步，越来越多的心脑血管疾病的研究投向了组织工程技术领域。
组织工程学是运用工程学、材料科学和生命科学的原理和方法，模拟目标组织的结构和功能来开发具备一定生物活性的组织替代物，以重建、维持、提高受累组织的生理功能。相较于传统治疗方法，组织工程技术具有生物相容性良好、可批量化生产、尺寸可控性强和无免疫排斥和炎症反应等优点。血管组织工程旨在能够制备出具有与人体组织相似性质的替代物。理想的组织工程血管支架结构应该具备良好的生物相容性和血液相容性，也要具备一定的力学性能和孔隙结构，满足细胞的黏附、增殖和迁移等行为。组织血管工程支架材料主要分为生物基材料和非生物基材料两大类，其中，生物基支架是通过天然组织脱细胞而成，在支架中保留有大量的胶原纤维和弹性纤维，因此不易引起炎症和免疫反应。
摩擦电和静电现象是日常生活中十分普遍的现象，由于很难被收集和利用，这种能源形式往往被人们忽略。目前的摩擦电主要应用于摩擦纳米发电机和传感器等领域。本发明提出一种一种基于摩擦生电技术的血管痉挛监测装置，当血管壁平滑肌强烈收缩，管腔变狭窄，该生物基血管支架结构发生收缩，双层高分子聚合物薄膜发生机械形变产生摩擦，实现摩擦生电。电信号通过生物电信号处理贴片传递到外界接收装置，由此可反映血管痉挛程度的大小，由此来监测血管痉挛并做到及时预警。
发明内容
为了弥补现有技术的不足，本发明提供一种基于摩擦生电技术的血管痉挛监测装置技术方案。
所述的一种基于摩擦生电技术的血管痉挛监测装置，其特征在于包括血管支架，血管支架上布设若干孔状结构，孔状结构上插配摩擦生电膜套，摩擦生电膜套包括由内而外依次套配的内电极、内摩擦生电材料层、外摩擦生电材料层及外电极，内摩擦生电材料层和外摩擦生电材料层能够通过摩擦生电，内电极和外电极电连接生物电信号处理贴片。
所述的一种基于摩擦生电技术的血管痉挛监测装置，其特征在于所述内摩擦生电材料层为摩擦生电阴极材料层，外摩擦生电材料层为摩擦生电阳极材料层，或者，内摩擦生电材料层为摩擦生电阳极材料层，外摩擦生电材料层为摩擦生电阴极材料层。
所述的一种基于摩擦生电技术的血管痉挛监测装置，其特征在于所述摩擦生电膜套还包括包覆于内电极、内摩擦生电材料层、外摩擦生电材料层及外电极外的保护膜，保护膜使摩擦生电膜套绝缘于外部环境。
所述的一种基于摩擦生电技术的血管痉挛监测装置，其特征在于所述保护膜包括包覆于内电极内侧的内保护膜和包覆于外电极外侧的外保护膜，内保护膜和外保护膜在轴向的两端相连，使得内电极、内摩擦生电材料层、外摩擦生电材料层及外电极全部包覆在内。
所述的一种基于摩擦生电技术的血管痉挛监测装置，其特征在于所述内电极和外电极通过导线与所述生物电信号处理贴片连接，导线外包覆绝缘膜。
所述的一种基于摩擦生电技术的血管痉挛监测装置，其特征在于所述生物电信号处理贴片无线连接外界信号采集终端。
所述的一种基于摩擦生电技术的血管痉挛监测装置，其特征在于所述生物电信号处理贴片内置纳米级无线信号发送单元，外界信号采集终端内置无线信号接收单元，纳米级无线信号发送单元与无线信号接收单元无线连接。
与现有技术相比，本发明适用于对血管进行监测，当血管壁平滑肌强烈收缩，管腔变狭窄，本发明的血管支架结构发生收缩，摩擦生电膜套发生机械形变产生摩擦，实现摩擦生电。电信号通过生物电信号处理贴片传递到外界信号采集终端，通过外界信号采集终端对电信号进行采集、分析，由此来监测血管痉挛并做到及时预警，对人体健康大有裨益。
附图说明
图1为本发明用于血管时的使用状态结构示意图；
图2为本发明中血管支架结构示意图；
图3为本发明中孔状结构示意图之一，此时孔状结构呈现圆形；
图4为本发明中孔状结构示意图之二，此时孔状结构呈现椭圆形；
图5为本发明中摩擦生电膜套的层状结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。
如图所示，一种基于摩擦生电技术的血管痉挛监测装置，包括血管支架1，血管支架1上布设若干孔状结构2，孔状结构2上插配摩擦生电膜套4，摩擦生电膜套4为与孔状结构形状匹配的环形层状结构，摩擦生电膜套4包括由内而外依次套配的内电极41、内摩擦生电材料层、外摩擦生电材料层及外电极44，内摩擦生电材料层和外摩擦生电材料层能够通过摩擦生电，内电极41和外电极44电连接生物电信号处理贴片7。其中，所述内摩擦生电材料层为摩擦生电阴极材料层42，外摩擦生电材料层为摩擦生电阳极材料层43。
本发明可作以下变化：内摩擦生电材料层为摩擦生电阳极材料层43，外摩擦生电材料层为摩擦生电阴极材料层42。
作为优化：所述摩擦生电膜套4还包括包覆于内电极41、内摩擦生电材料层、外摩擦生电材料层及外电极44外的保护膜，保护膜使摩擦生电膜套4绝缘于外部环境。
在上述结构中，所述保护膜包括包覆于内电极41内侧的内保护膜40和包覆于外电极44外侧的外保护膜45，内保护膜40和外保护膜45在轴向的两端通过压焊或粘接相连，使得内电极40、内摩擦生电材料层、外摩擦生电材料层及外电极44全部包覆在内。
作为优化：所述内电极41和外电极44通过导线与所述生物电信号处理贴片7连接，导线外包覆绝缘膜。
作为优化：所述生物电信号处理贴片7无线连接外界信号采集终端8。
在上述结构中，所述生物电信号处理贴片7内置纳米级无线信号发送单元，外界信号采集终端内置无线信号接收单元，纳米级无线信号发送单元与无线信号接收单元无线连接。
在本发明中，外界信号采集终端8可以为手机、手环、手表等电子终端，其可以对生物电信号处理贴片7采集的电信号进行采集、处理、分析。
在本发明中，血管支架1可以为由天然组织脱细胞而成的生物基血管支架，保留大量胶原纤维和弹性纤维，因此不易引起炎症和免疫反应。当血管壁平滑肌强烈收缩时，管腔变狭窄，血管支架1发生收缩，该结构上的孔状结构2发生形变，孔状结构2内部的摩擦生电膜套4会发生机械形变，摩擦生电阴极材料层42和摩擦生电阳极材料层43间会发生相互摩擦，在外电路的作用下，产生正向电流。内电极41和外电极44在静电感应的作用下，产生负向电流。
本发明中的摩擦生电阳极材料层43具体采用聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)制成，摩擦生电阴极材料层42具体采用聚酰亚胺(Kapton)制成。摩擦生电阳极材料层43也可以采用尼龙制成，相应的，摩擦生电阴极材料层42采用聚四氟乙烯制成。此外，摩擦生电阳极材料膜5和摩擦生电阴极材料膜6还可以是其它具有摩擦生电功能的材料组合。
以图1所示为例，解释本发明。理想的生物基组织工程血管支架结构应具有良好的生物相容性和血液相容性，也要具备一定的力学性能和孔隙结构，能够满足细胞的黏附、增殖和迁移等行为。因此，利用这种带有孔状结构的血管支架，本发明提出了在其孔状结构内部设置摩擦生电材料，利用摩擦生电材料在发生机械形变时，材料间发生摩擦，产生电荷分离从而形成电势差。摩擦生电材料两侧设置有金属电极，在外电路的驱动下，产生电流，实现摩擦生电。
图2表明了生物基血管支架结构在发生收缩时，血管支架结构的变化。当血管壁平滑肌强烈收缩，管腔变狭窄，生物基血管支架结构发生收缩。图3和图4表明了血管支架孔状结构发生形变，如从圆形孔状结构会变为椭圆形孔状结构，设置在孔状结构内部的摩擦生电膜套4发生机械形变，产生摩擦电电流。
图5具体解释了摩擦生电膜套4及其外电路的工作原理，当双层高分子聚合物薄膜发生机械形变时，摩擦生电阴极材料层42与摩擦生电阳极材料层43摩擦，摩擦使材料间产生电荷分离，产生正向电流，由于感应生电，使金属电极带电，在外电路的作用下产生负向电流，电荷最终发生中和，由此完成一次摩擦生电的过程。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (7)

1.一种基于摩擦生电技术的血管痉挛监测装置，其特征在于包括血管支架（1），血管支架（1）上布设若干孔状结构（2），所述若干孔状结构（2）按照阵列均匀排布于血管支架（1）上，孔状结构（2）上插配摩擦生电膜套（4），摩擦生电膜套（4）包括由内而外依次套配的内电极（41）、内摩擦生电材料层、外摩擦生电材料层及外电极（44），内摩擦生电材料层和外摩擦生电材料层能够通过摩擦生电，内电极（41）和外电极（44）电连接生物电信号处理贴片（7）。
2.根据权利要求1所述的一种基于摩擦生电技术的血管痉挛监测装置，其特征在于所述内摩擦生电材料层为摩擦生电阴极材料层（42），外摩擦生电材料层为摩擦生电阳极材料层（43），或者，内摩擦生电材料层为摩擦生电阳极材料层（43），外摩擦生电材料层为摩擦生电阴极材料层（42）。
3.根据权利要求1所述的一种基于摩擦生电技术的血管痉挛监测装置，其特征在于所述摩擦生电膜套（4）还包括包覆于内电极（41）、内摩擦生电材料层、外摩擦生电材料层及外电极（44）外的保护膜，保护膜使摩擦生电膜套（4）绝缘于外部环境。
4.根据权利要求3所述的一种基于摩擦生电技术的血管痉挛监测装置，其特征在于所述保护膜包括包覆于内电极（41）内侧的内保护膜（40）和包覆于外电极（44）外侧的外保护膜（45），内保护膜（40）和外保护膜（45）在轴向的两端相连，使得内电极（40）、内摩擦生电材料层、外摩擦生电材料层及外电极（44）全部包覆在内。
5.根据权利要求1所述的一种基于摩擦生电技术的血管痉挛监测装置，其特征在于所述内电极（41）和外电极（44）通过导线与所述生物电信号处理贴片（7）连接，导线外包覆绝缘膜。
6.根据权利要求1所述的一种基于摩擦生电技术的血管痉挛监测装置，其特征在于所述生物电信号处理贴片（7）无线连接外界信号采集终端（8）。
7.根据权利要求6所述的一种基于摩擦生电技术的血管痉挛监测装置，其特征在于所述生物电信号处理贴片（7）内置纳米级无线信号发送单元，外界信号采集终端内置无线信号接收单元，纳米级无线信号发送单元与无线信号接收单元无线连接。
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