CN103405289B - 一种基于液体金属的用于缺损外周神经功能修复的装置 - Google Patents
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Abstract
一种基于液体金属的用于缺损外周神经功能修复的装置，包括由外管和内管组成的同心套管结构，内管中填充促神经生长物质，内管外壁与外管内壁之间的通道中部注入液体金属材料，两端置入可导电的纳米材料；或者包括具有多条轴向通道的多通道导管，多通道导管的内侧通道孔径小于外侧通道孔径，在内侧通道中填充促神经生长物质，外侧通道的中部注入液体金属材料，两端置入可导电的纳米材料；或者包括中空片状结构体，其一面上涂有促神经生长物质，中空部位中间注入液体金属材料，两端置入可导电的纳米材料，液体金属材料为镓、镓铟合金或镓铟锡合金，本发明用于缺损外周神经功能修复，可促进神经的生长，并保持神经再生过程传导信号的功能。
Description
技术领域
本发明属于医疗器械技术领域，特别涉及一种基于液体金属的用于缺损外周神经功能修复的装置。
背景技术
神经系统是人体内主要的功能调节系统之一，同时神经系统也是人体对外界环境变化做出相应反应的指挥官。因此，一旦神经出现损伤，尤其当损伤出现在调节机体重要的生命活动的神经上，将会严重影响人们的生活质量，可能会引起运动缺陷、瘫痪，甚至导致死亡。
神经损伤类疾病，尤其是不可逆的损伤，或因未及时发现病变而导致不可修复的神经损伤非常常见。许多因病理导致的神经损伤，如脑炎、脊髓肿瘤、脊髓炎症后期、脱髓鞘疾病后期、脊髓空洞或先天性发育不良等，在神经受到损害后缺乏及时的治疗，会使得神经供养不足而发生萎缩软化病变。特别是其中一些慢性疾病，由于发病症状多不明显，仅有轻微的神经症状，往往会出现诊断失误或漏诊，导致神经器质性损害时才确诊，失去了最佳的治疗时机。现在人类生活节奏不断加快，伴随着各种意外受伤几率激增，常出现严重的外周神经损伤，导致神经缺损，引起致残性疾病。
周围神经缺损后修复与再生问题一直是国内外神经科学领域的学者及临床医生关注的焦点问题。缺损距离较短时，可通过神经外科手术对两断端进行神经外膜束膜缝合，然后用一些材料进行套接修复。然而，更多情况下，神经断开后无法直接对拉吻合，或者神经断端出现感染需要清除感染时，都会使得断端间距加大，无法直接进行缝合，因而需要植入神经移植物“桥接”损伤神经。目前，自体移植方法效果较好，称为修复周围神经损伤的“金标准”，但是这会因自体神经来源受限且造成供区功能丧失等等。为解决神经移植问题，许多学者从材料入手，选取安全、可降解及生物相容性好的材料制成人造神经修复导管，用于“桥接”两断端。也有很多学者在此基础上，选取特定的材料制成带有微管或者支架结构引导神经生长。同时出现各种神经营养因子、促神经生长因子及引导神经生长的种子细胞等，用于加快神经再生。
然而，对于缺损神经的修复后的再生，需要一个漫长的生长过程，少则数月，多则数年，最终再生的结果也无法提前预知，需要“桥接”的距离越长，需要的再生时间也就更长，而且修复的效果也不会理想。在神经再生的过程中，机体兴奋信号无法正常传导，极大地影响了患者的生活质量。例如，对于一些支配肢体运动的神经缺损，若再生过程较长，肢体长期无法运动，可能会引起肌肉萎缩等不良后果。因此，若能有一种用于缺损外周神经功能修复装置，在外周神经修复再生的过程中，仍能使其正常传导兴奋，保证机体的功能，则有望改善患者的术后生活质量。对此，本发明提供一种基于液体金属的用于缺损周围神经功能修复的装置，此装置不同于以往的神经功能修复装置，从未见于文献或专利。
发明内容
为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种基于液体金属的用于缺损外周神经功能修复的装置，以促进神经的生长，并保持神经再生过程传导信号的功能。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种基于液体金属的用于缺损外周神经功能修复的装置，包括由外管1和内管2组成的同心套管结构，所述内管2中填充促神经生长物质3，内管2外壁与外管1内壁之间的通道中部注入液体金属材料4，两端置入可导电的纳米材料5。
所述外管1和内管2为天然生物可降解材料。
所述内管2中布置有生物可降解材料制成的疏松多孔结构作为支架。
一种基于液体金属的用于缺损外周神经功能修复的装置的另一种形式，包括具有多条轴向通道的多通道导管6，多通道导管6的内侧通道孔径小于外侧通道孔径，在内侧通道中填充促神经生长物质3，外侧通道的中部注入液体金属材料4，两端置入可导电的纳米材料5。
所述内侧通道的孔径尺寸范围为5-50μm，外侧通道的孔径尺寸范围为100-200μm。
所述多通道导管6为天然生物可降解材料。
一种基于液体金属的用于缺损外周神经功能修复的装置的另一种形式，包括中空片状结构体7，其一面上涂有促神经生长物质3，中空部位中间注入液体金属材料4，两端置入可导电的纳米材料5。
所述中空片状结构体7为天然生物可降解材料。
所述促神经生长物质3是由包含生理平衡液、促神经生长因子、促神经生长的种子细胞、神经保护剂以及二价钙离子在内的物质配置成的促神经生长的溶液；所述液体金属材料4为镓、镓铟合金或镓铟锡合金；所述纳米材料5为铜纳米材料、氮化钛纳米材料或碳纳米管材料。
所述天然生物可降解材料为壳聚糖或胶原。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
在外周神经修复再生的过程中，外周神经仍能传导信号，改善患者的术后生活质量。因液体金属在一些影像学手段下可显像，故在外周神经功能修复后，可利用影像方法或者手术导航的方法将柔性液体吸取出来，避免复杂的二次神经外科手术。此外，液态金属导线作为神经信号的传输通路，柔韧性和导电性很好，在组织内具有很高的顺应性，比较适合用于生物软组织，这是其他金属电极难以达到的效果。
附图说明
图1是本发明实施例一的结构示意图。
图2是图1中A-A向截面视图。
图3是本发明实施例一与断裂神经缝合使用示意图。
图4是本发明实施例二的结构示意图。
图5是图4中A-A向截面视图。
图6是本发明实施例二与断裂神经缝合使用示意图。
图7是本发明实施例三的结构示意图。
图8是本发明实施例三与断裂神经缝合使用示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例详细说明本发明的实施方式。
实施例一
如图1和图2所示，一种基于液体金属的用于缺损外周神经功能修复的装置，包括由外管1和内管2组成的同心套管结构，所述内管2中布置有生物可降解材料制成的疏松多孔结构作为支架，然后填充促神经生长物质3，内管2外壁与外管1内壁之间的通道中部注入液体金属材料4，两端置入可导电的纳米材料5。
其中，外管1和内管2选用无毒、生物相容性好且柔性的生物材料，此处用壳聚糖、胶原、海藻酸等物质。利用精密微型机械加工的方法，制成同心套管结构，作为损伤神经修复用的导管。
其次，采用微成型加工工艺，选择透明质酸、壳聚糖、胶原等物质，将其加工成疏松多孔的结构物质，作为神经修复用的神经导管支架，根据神经桥接所需的长度，利用微电子技术将神经导管支架填充入内管2中相应长度。支架孔隙可以填充促神经生长物质3，并给神经生长提供空间。这样的支架用于导管较粗时填充导管，避免神经修复过程出现塌陷现象。
然后，选用相应尺寸的微型注射器械，吸入一定量的促神经生长物质3，注入内管2中，再用注射器械往外管1中部注入一定量的液体金属材料4，两端置入少许纳米材料5。这里也可选用双层腔的同心管腔微型注射器械，将内层吸入促神经生长物质3，外层吸入液体金属4，直接注射。
使用时，如图3所示，采用神经外膜套袖式缝合技术，将两个神经断端伸入装置的内管2中，套接后进行缝合。将注射端的最外层与神经束膜缝合。这样一方面保证神经束与促神经生长物质3充分接触，保证神经的活性，且促进神经的生长，另一方面保证神经与纳米材料5接触，以传递兴奋信号，同时减少碳纳米管材料的用量。
本实施例的结构适应于缺损外周神经断端相距较远，需要进行“搭桥”修复的情况，所加工的桥接缺损神经两断端的结构装置，在充当“人造神经”的同时，还一方面可以保证神经生长的微环境，并提供促神经生长物质3填充空间，另一方面用也保证能注入液体金属4及纳米材料5，用于传导缺损神经修复过程中的电信号，使得神经修复过程仍具有一定的传导信号能力。
实施例二
如图4和图5所示，一种基于液体金属的用于缺损外周神经功能修复的装置的另一种形式，包括具有多条轴向通道的多通道导管6，多通道导管6的内侧通道孔径尺寸范围大约为5-50μm，外侧通道的孔径尺寸范围大约为100-200μm。在内侧通道中填充促神经生长物质3，外侧通道的中部注入液体金属材料4，两端置入可导电的纳米材料5。
其中，多通道导管6是先选用壳聚糖制成中空的神经导管，再在管中灌入由壳聚糖、胶原及明胶中的一种或多种，采用微型机械加工技术将管内制成多通道结构，将管中通道设置为外周孔径较大，内侧孔径较小的结构。
其次，使用微型注射器械，在内侧孔径中注入促神经生长物质3，以在管道的牵引下，促进神经的再生。然后在外周较大孔径的通道中部，用注入液体金属，再在其两端置入少量的纳米材料4。
使用时，如图6所示，直接将多通道神经修复导管与缺损神经断端缝合。这样内侧孔径引导并促进神经生长，外周孔径的液体金属传导神经生长过程中的兴奋电信号。
本实施例的结构也适应于缺损外周神经断端相距较远，需要进行“搭桥”修复的情况。
实施例三
如图7所示，一种基于液体金属的用于缺损外周神经功能修复的装置的另一种形式，包括中空片状结构体7，其一面上涂有促神经生长物质3，中空部位中间注入液体金属材料4，两端置入可导电的纳米材料5。
其中，中空片状结构体7选用胶原、壳聚糖、海藻酸等中的一种或多种，制成水凝胶状物质，然后利用激光切割技术，将其切割成中空的片状结构，用以修复缺损不长、无需搭桥、可直接缝合的断伤神经。其中，片状结构厚为300-500μm，中空部位厚度为100-200μm。
然后，将中空片状结构体7的一面涂上促神经生长物质3。用微型注射器械，将中空部位的中部注入液体金属材料4，两端置入少量的纳米材料5。
使用时，如图8所示，首先采用神经外科吻合手术的方法，进行神经外膜束膜缝合。然后，将中空片状结构体7上涂有促神经生长物质3的一面作为内面，包裹在神经缝合部位，并缝合包裹的对接处，去除多余的材料。最后，将中空片状结构体7包裹在神经的两端处里外层分别与神经外膜进行缝合。缝合时里外层稍微错位，保证神经与纳米材料5的接触，以传导神经兴奋信号。
对于实施例一与实施例二，适用于神经缺损稍长的情况，所以要考虑使用神经修复支架材料对导管进行填充。实施例一中，神经与内管支架充分接触，而纳米材料与神经外膜进行接触，纳米材料与液体金属所传导的电兴奋信号为外膜上的电信号。而实施例二中，神经断端一部分与多通道微管内靠里侧的填充有促进神经生长的物质接触，一部分与纳米材料接触，纳米材料与液体金属传导的是来自神经断端内部的电兴奋信号。实施例一因其需要对内外管分别缝合在神经束膜上，所以手术缝合过程比实施例二略微复杂。但是实施例二中一部分神经断端与纳米材料直接接触，这样可能不利于二者接触部位的神经的生长。要注意的是，二者对于神经缺损距离在一定范围内进行桥接是可以使用的，一般这个距离不超过3cm。若缺损间距过长，神经再生难以到达远端残断，修复效果不会理想。此时可能仍然需要自体神经移植进行桥接，以观后效。
对于实施例三，主要适用于缺损断端间距不长，可进行神经外科吻合手术直接缝合的情况。这种情况不必考虑复杂的神经桥接部位的支架填充材料，且直接包裹缝合的神经操作上较为简单，只是需要多一步的包裹对接处的缝合步骤。其纳米材料与神经束膜直接接触，与实施例一中一样传递的是神经外膜上的电兴奋信号。
本发明利用精密微型机械加工技术，将生物相容性好、可降解、降解物质对人体无害的材料加工成所需使用的不同形状结构的神经修复导管及支架装置，在装置相应部位利用微型注射器械注入促神经生长物质3、液体金属材料4及纳米材料5，最后将神经与神经修复装置进行缝合。
其中所使用的促神经生长物质3，可以选用生理平衡液、各种促神经生长因子、促神经生长的种子细胞、神经保护剂、二价钙离子等物质中的多种，将其按照一定的比例配置成促神经生长的溶液，以加快神经的再生；液体金属4，可以选用镓或者不同比例配置的镓铟合金或镓铟锡合金等材料。这些材料有良好的导电性能、柔性及影像下可见等特点，用于传导神经兴奋信号；纳米材料5，可选铜纳米材料、氮化钛纳米材料、碳纳米管材料等。由于碳纳米管材料有很好的导电性，且在生物应用方面的研究较为成熟，所以这里用碳纳米管材料置于液体金属和神经之间，避免液体金属直接接触神经造成可能的神经损伤。
上述三种实施例方法中，所选用的壳聚糖在制作生物医用材料方面有较多的研究，有其独特的优势，而且其降解速度可以通过壳聚糖的脱乙酰度、材料制备工艺、材料结构等因素进行调控，使之与神经修复与再生的速率进行匹配，用其作为神经修复的导管或支架材料，具有一定的优势。为简化起见，也可尝试不使用纳米材料，直接将液体金属与神经接触进行缝合，只是液体金属直接接触神经对神经的影响有待进一步的研究。
最后需要进行说明的是，以上用液体金属来传导缺损神经修复及再生过程中的电兴奋信号及所涉及的相关结构的实施例仅用于说明本技术可以使用的方案，并非仅限于这几种案例。尽管本发明中对三种实施例进行了详细的说明，但是神经外科领域的技术人员都应当理解，对本发明使用液体金属进行缺损神经修复过程的兴奋信号的传导相关的技术方案进行修改或者同等替换，都未脱离本技术方案的精神范围，都应当涵盖子本发明的权利要求范围当中。
Claims (10)
1.一种基于液体金属的用于缺损外周神经功能修复的装置，其特征在于，包括由外管(1)和内管(2)组成的同心套管结构，所述内管(2)中填充促神经生长物质(3)，内管(2)外壁与外管(1)内壁之间的通道中部注入液体金属材料(4)，两端置入可导电的纳米材料(5)，所述液体金属材料(4)为镓、镓铟合金或镓铟锡合金。
2.根据权利要求1所述的基于液体金属的用于缺损外周神经功能修复的装置，其特征在于，所述外管(1)和内管(2)为天然生物可降解材料。
3.根据权利要求1所述的基于液体金属的用于缺损外周神经功能修复的装置，其特征在于，所述内管(2)中布置有生物可降解材料制成的疏松多孔结构作为支架。
4.一种基于液体金属的用于缺损外周神经功能修复的装置，其特征在于，包括具有多条轴向通道的多通道导管(6)，多通道导管(6)的内侧通道孔径小于外侧通道孔径，在内侧通道中填充促神经生长物质(3)，外侧通道的中部注入液体金属材料(4)，两端置入可导电的纳米材料(5)，所述液体金属材料(4)为镓、镓铟合金或镓铟锡合金。
5.根据权利要求4所述的基于液体金属的用于缺损外周神经功能修复的装置，其特征在于，所述内侧通道的孔径尺寸范围为5-50μm，外侧通道的孔径尺寸范围为100-200μm。
6.根据权利要求4所述的基于液体金属的用于缺损外周神经功能修复的装置，其特征在于，所述多通道导管(6)为天然生物可降解材料。
7.一种基于液体金属的用于缺损外周神经功能修复的装置，其特征在于，包括中空片状结构体(7)，其一面上涂有促神经生长物质(3)，中空部位中间注入液体金属材料(4)，两端置入可导电的纳米材料(5)，所述液体金属材料(4)为镓、镓铟合金或镓铟锡合金。
8.根据权利要求7所述的基于液体金属的用于缺损外周神经功能修复的装置，其特征在于，所述中空片状结构体(7)为天然生物可降解材料。
9.根据权利要求1、4或7所述的基于液体金属的用于缺损外周神经功能修复的装置，其特征在于，所述促神经生长物质(3)是由包含生理平衡液、促神经生长因子、促神经生长的种子细胞、神经保护剂以及二价钙离子在内的物质配置成的促神经生长的溶液；所述纳米材料(5)为铜纳米材料、氮化钛纳米材料或碳纳米管材料。
10.根据权利要求2、6或8所述的基于液体金属的用于缺损外周神经功能修复的装置，其特征在于，所述天然生物可降解材料为壳聚糖或胶原。
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