CN115054727A - 一种贴合心脏曲面的导电心肌补片及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种贴合心脏曲面的导电心肌补片及其制备方法，导电心肌补片包括由心肌补片基底和微针组成的心肌补片基材以及导电涂层；导电涂层存在于微针表面以及微针所在心肌补片基底一侧的表面；心肌补片基底材料具有热膨胀性，导电心肌补片从室温移植到温度更高的受损心肌处，心肌补片基底受热发生体积膨胀，而导电涂层受热体积不变，从而更好的贴合心脏的曲面，并且实现免缝合的效果；制备方法为：先制备由心肌补片基底和微针组成的心肌补片基材，再通过刷涂的方法涂覆导电复合涂料，干燥后制得导电心肌补片。本发明解决了导电心肌补片植入前期无法恢复受损心肌两端电信号传导的问题，并且能够有效固定在受损心肌组织处，具有优良的应用前景。

Description

一种贴合心脏曲面的导电心肌补片及其制备方法
技术领域
本发明属于生物材料技术领域，具体涉及一种贴合心脏曲面的导电心肌补片及其制备方法。
背景技术
心肌梗死(MI)是由于冠状动脉急性闭塞，致使血管周围心肌组织因严重而持久的缺血缺氧发生的局部坏死。目前，MI仍然是全球范围内发病率和死亡率最高的主要原因之一，占死亡构成的40％以上。MI的发生不仅仅是血管的堵塞，还包括缺血后周围心肌细胞的调亡。心肌细胞是终末分化细胞，损伤后再生能力弱，因此心肌组织坏死后会逐渐被结缔组织所取代，所形成的瘢痕组织无法正常代替心肌组织进行电传导活动，进而会产生电传导紊乱、心脏收缩异常等不良事件。所以，对于梗死心肌组织电信号传导的恢复十分重要。
将导电心肌补片贴附在梗死心肌组织处，恢复瘢痕组织两端正常心肌组织的电信号，能够有效减少不良重构，保护心脏功能，被证明是一种很有前途的方法。但是现有导电心肌补片策略均是将心肌补片贴附在心外膜上，而心外膜本身是不导电的，这就导致补片植入后无法立刻恢复电信号通路，而需要组织包埋补片后才能实现电信号的连通。在组织长入的这一到两周的时间里，瘢痕组织的增加得不到有效遏制，心脏功能进一步恶化。
此外，当将心肌补片固定到心外膜上发挥作用时，多数研究选择的都是运用缝合线或粘合的方法将补片固定到心外膜上。这些固定方法需要复杂的开胸手术，易产生二次伤害。已有专利通过在垂直于补片方向引入微针实现微创固定的效果(专利CN202120534654.8)然而，上述研究均采用了复杂的制备方法，如需提取多重原料并进行长时间的制备或需精确设计3D打印参数以获得微针表面的倒钩结构，工艺复杂且不易于规模化生产。更重要的是，心脏为曲面结构，依靠微针固定的平面心肌补片材料在经受由心脏收缩-舒张产生的长期高频率(1～2Hz)的动态载荷下容易与组织脱离。
因此，研发出能够同时满足恢复植入早期电信号通路以及简单、有效固定心外膜组织的要求的心肌补片，对于心肌修复具有重要的意义。
发明内容
本发明的目的是解决现有技术中心肌补片植入前期无法有效恢复电信号通路以及需要复杂固定的问题，提供了一种贴合心脏曲面的导电心肌补片及其制备方法。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种贴合心脏曲面的导电心肌补片，包括心肌补片基材和导电涂层；
心肌补片基材由心肌补片基底和微针组成，微针均匀分布于心肌补片基底的同一侧，且垂直于心肌补片基底所在平面；
导电涂层存在于微针表面以及微针所在心肌补片基底一侧的表面；插入心肌组织内的微针表面导电涂层可以将正常心肌电信号传递到梗死另一端的心肌组织，从而达到在补片植入后立刻恢复电信号通路的效果；
导电涂层与心肌补片基材的结合强度大于或等于4MPa；
心肌补片基材具有热膨胀性，温度高于35℃时发生体积膨胀，膨胀变形率为5～20％；
将导电心肌补片(15mm×15mm)从室温环境移入37℃环境1分钟后能够贴合心脏曲面，贴合心脏曲面后导电心肌补片弯曲后的曲率半径为1～4cm；将导电心肌补片在37℃下固定在厚度为10mm的猪心脏组织样本后实现自锁效果，重叠区域为10mm×30mm；将导电心肌补片粘在电子万能材料试验机的上方传感器探头，猪心肌组织样本固定在下方夹具，导电心肌补片以0.05mm/s的速度向上驱动，直至微针完全脱离猪心肌组织，以最大拔脱力评价补片与组织的结合强度。导电心肌补片的最大拔脱力为20～40cN。
通过胸腔镜手术将所述贴合心脏曲面的导电心肌补片送入心肌梗死部位，导电微针插入梗死部位后，心肌补片基材具有热膨胀性，其从室温(～25℃)下移植到更高的体内环境(～37℃)后发生体积膨胀，而导电涂层受热体积几乎不变，这种两侧的体积变化差异导致心肌补片会向导电涂层一侧弯曲，形成更好的贴合心脏的曲面，同时，插入梗死区域的微针受到来自心肌补片基底的弯曲的挤压力以及来自心肌补片基底的膨胀的牵引力和心肌组织对其产生的阻力的共同作用而产生倾斜，从而固定在心肌组织上，实现免缝合的效果。
作为优选的技术方案：
如上所述的一种贴合心脏曲面的导电心肌补片，导电涂层的电导率为10-5～10- 3S/cm。
如上所述的一种贴合心脏曲面的导电心肌补片，微针密度为0.5～2针/mm；
微针为圆柱状，端部为斜面针尖状，微针直径为200～350μm，微针长度为1.2～1.6mm。
如上所述的一种贴合心脏曲面的导电心肌补片，微针的断裂强度高于0.1MPa，以保证成功刺入心肌组织。
如上所述的一种贴合心脏曲面的导电心肌补片，导电涂层的厚度为0.2～0.5mm，杨氏模量为0.5～20MPa；心肌补片基底的厚度为2～5mm。
本发明还提供如上所述的一种贴合心脏曲面的导电心肌补片的制备方法，包括如下步骤：
(1)将四甲基乙二胺加入到丙烯酰胺、丙烯腈、过硫酸铵和亚甲基双丙烯酰胺的混合水溶液后浇筑到带有微针的模具上；
(2)将步骤(1)浇筑好的模具置于60℃下固化36～72小时，脱模得到由心肌补片基底和微针组成的心肌补片基材；
(3)通过刷涂的方法在微针表面以及微针所在心肌补片基底一侧的表面涂覆导电复合涂料，固化后干燥(干燥温度为25℃，干燥时间为12～16h)后制得导电心肌补片。
作为优选的技术方案：
如上所述的一种贴合心脏曲面的导电心肌补片的制备方法，步骤(1)中丙烯酰胺与丙烯腈的摩尔比为0.8～1.5:1，过硫酸铵和亚甲基双丙烯酰胺的摩尔比为0.5～1.2:1；丙烯酰胺、丙烯腈、过硫酸铵和亚甲基双丙烯酰胺的混合水溶液中丙烯酰胺的浓度为0.5～1mol/L，亚甲基双丙烯酰胺的浓度为5～15mmol/L。
如上所述的一种贴合心脏曲面的导电心肌补片的制备方法，四甲基乙二胺相对于丙烯酰胺、丙烯腈、过硫酸铵和亚甲基双丙烯酰胺的混合水溶液的加入量为0.1～0.5v/v％。
如上所述的一种贴合心脏曲面的导电心肌补片的制备方法，步骤(3)中刷涂的次数为1～3次，毛刷宽度与补片宽度相同。
如上所述的一种贴合心脏曲面的导电心肌补片的制备方法，步骤(3)中导电复合涂料为导电高分子粉末、碳纳米材料或金属纳米材料与聚氨酯的N,N-二甲基甲酰胺溶液的混合溶液，混合溶液中导电高分子粉末、碳纳米材料或金属纳米材料的浓度为1～20wt％；
聚氨酯的N,N-二甲基甲酰胺溶液的浓度为10wt％；
聚氨酯固化方式为非溶剂致相分离法(实际操作就是直接浇上水，溶剂N,N-二甲基甲酰胺会直接被置换出来，聚氨酯固化成型)或溶剂挥发法(即直接进行干燥)。
本发明的原理如下：
本发明的导电心肌补片在面向心肌组织的一面上具有微针结构，并且，该微针表面和微针所在的心肌补片基底的一面具有导电涂层。植入受损心肌处时，微针穿过心外膜插入心肌组织部位，正常心肌组织处电信号通过表面的导电涂层传导到梗死区域另一端的心肌组织，能够实现补片植入初期恢复梗死区域的电信号传递(图1)。此外，如图2所示，心肌补片基底材料具有热膨胀性，心肌补片从室温下(～25℃)移植到温度更高的受损心肌处(～37℃)，心肌补片基底受热发生体积膨胀，而导电涂层受热体积不变，这种两侧的体积变化差异导致心肌补片产生体积膨胀的同时会向导电涂层一侧弯曲，形成更好的贴合心脏的曲面，同时，插入梗死区域的微针受到来自心肌补片基底的弯曲的挤压力以及来自心肌补片基底的膨胀的牵引力和心肌组织对其产生的阻力的共同作用而产生倾斜，固定在心肌组织上，实现免缝合的效果。
有益效果：
(1)本发明的一种贴合心脏曲面的导电心肌补片，心肌补片的导电涂层随导电微针刺穿心外膜扎入心肌组织内部，使得天然心肌组织的电信号能够通过导电涂层传输到受损心肌另一侧的正常心肌组织，实现了植入后即可立刻恢复受损心肌两端电信号的传导，有利于抑制瘢痕组织增生；
(2)本发明的一种贴合心脏曲面的导电心肌补片，刺入受损心肌组织后，所处温度环境升高，心肌补片基材膨胀而其一侧的导电涂层体积不变，使得心肌补片向导电涂层方向弯曲，插入梗死区域的微针受到来自心肌补片基底的弯曲的挤压力以及心肌补片基底的膨胀的牵引力和心肌组织对其产生的阻力的共同作用，固定在心肌组织上，实现免缝合的效果。该操作可以通过胸腔镜手术进行，无需缝合固定等，减小了手术难度和术后并发症。
附图说明
图1为一种贴合心脏曲面的导电心肌补片恢复植入前期电信号通路的示意图；
图2为一种贴合心脏曲面的导电心肌补片自发弯曲贴合心脏曲面的示意图；
图3为一种贴合心脏曲面的导电心肌补片结构示意图；
其中，1-心肌补片基底，2-微针，3-导电涂层。
具体实施方式
下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
本发明采用如下测试方法：
(1)断裂强度：采用通用试验机进行单轴压缩试验，心肌补片贴附在不锈钢基板的下刚性表面上，以1.2mm/min的恒定速度向垂直于心肌补片的方向移动传感器。断裂点被认为是压缩力突然下降之前的最大力，以此计算微针的断裂强度；
(2)膨胀变形率：采用(膨胀后体积-膨胀前体积)/膨胀前体积的公式计算心肌补片基材的膨胀变形率；
(3)结合强度：导电涂层长于心肌补片约10～20mm，长出部分装于剥离试验机上夹具，其余部分固定在90度测试平台上，进行剥离强度实验，测试导电涂层与心肌补片基材的结合强度；
(4)电导率：采用四探针法测试导电涂层的电导率；
(5)最大拔脱力：将导电心肌补片在37℃下固定在厚度为10mm的猪心脏组织样本后实现自锁效果，重叠区域为10mm×30mm；将导电心肌补片粘在电子万能材料试验机的上方传感器探头，猪心肌组织样本固定在下方夹具，导电心肌补片以0.05mm/s的速度向上驱动，直至微针完全脱离猪心肌组织，以最大拔脱力评价补片与组织的结合强度。
实施例1
一种贴合心脏曲面的导电心肌补片的制备方法，包括如下步骤：
(1)将四甲基乙二胺加入到丙烯酰胺、丙烯腈、过硫酸铵和亚甲基双丙烯酰胺的混合水溶液后，浇筑到带有微针的模具上；
其中，四甲基乙二胺的加入量相对于丙烯酰胺、丙烯腈、过硫酸铵和亚甲基双丙烯酰胺的混合水溶液的含量为0.5v/v％；丙烯酰胺、丙烯腈、过硫酸铵和亚甲基双丙烯酰胺的混合水溶液中，丙烯酰胺的浓度为0.8mol/L，丙烯酰胺与丙烯腈的摩尔比为1.2:1，亚甲基双丙烯酰胺的浓度为12mmol/L，过硫酸铵和亚甲基双丙烯酰胺的摩尔比为1.2:1；
(2)将浇筑好的模具置于60℃下固化48小时后，脱模得到由心肌补片基底和微针组成的厚度为5mm的心肌补片基材；
制得的心肌补片基材中，微针均匀分布于心肌补片基底的同一侧，且垂直于心肌补片基底所在平面；微针密度为1.4针/mm；微针为圆柱状，端部为斜面针尖状，微针直径为250μm，微针长度为1.4mm；微针的断裂强度为3MPa；
(3)通过刷涂的方法在微针表面以及微针所在心肌补片基底一侧的表面涂覆聚吡咯粉末与浓度为10wt％的聚氨酯的N,N-二甲基甲酰胺溶液的混合溶液；
其中，混合溶液中聚吡咯粉末的浓度为20wt％；刷涂时毛刷宽度与补片宽度相同，涂刷次数为3次；
(4)将涂刷后的补片直接在25℃下干燥14h，制得贴合心脏曲面的导电心肌补片。
如图3所示，制得的贴合心脏曲面的导电心肌补片包括心肌补片基材和导电涂层3，心肌补片基材由心肌补片基底1和微针2组成；导电涂层与心肌补片基材的结合强度为4MPa；导电涂层的厚度为0.5mm，电导率为1×10-3S/cm，杨氏模量为20MPa；
如图2所示，心肌补片基材具有热膨胀性，当温度高于35℃时，制得的心肌补片基材发生体积膨胀，且膨胀变形率为20％；如图1所示，植入受损心肌处时，微针穿过心外膜插入心肌组织部位，正常心肌组织处电信号通过表面的导电涂层传导到梗死区域另一端的心肌组织，能够实现补片植入初期恢复梗死区域的电信号传递；将贴合心脏曲面的导电心肌补片(15mm×15mm)从室温环境移入37℃环境1分钟后能够贴合心脏曲面，贴合心脏曲面后导电心肌补片弯曲后的曲率半径为1cm，最大拔脱力为38cN。
实施例2
一种贴合心脏曲面的导电心肌补片的制备方法，包括如下步骤：
(1)将四甲基乙二胺加入到丙烯酰胺、丙烯腈、过硫酸铵和亚甲基双丙烯酰胺的混合水溶液后，浇筑到带有微针的模具上；
其中，四甲基乙二胺的加入量相对于丙烯酰胺、丙烯腈、过硫酸铵和亚甲基双丙烯酰胺的混合水溶液的含量为0.1v/v％；丙烯酰胺、丙烯腈、过硫酸铵和亚甲基双丙烯酰胺的混合水溶液中，丙烯酰胺的浓度为0.5mol/L，丙烯酰胺与丙烯腈的摩尔比为1:1，亚甲基双丙烯酰胺的浓度为5mmol/L，过硫酸铵和亚甲基双丙烯酰胺的摩尔比为0.5:1；
(2)将浇筑好的模具置于60℃下固化36小时后，脱模得到由心肌补片基底和微针组成的厚度为2mm的心肌补片基材；
制得的心肌补片基材中，微针均匀分布于心肌补片基底的同一侧，且垂直于心肌补片基底所在平面；微针密度为0.5针/mm；微针为圆柱状，端部为斜面针尖状，微针直径为350μm，微针长度为1.2mm；微针的断裂强度为1.6MPa；
(3)通过刷涂的方法在微针表面以及微针所在心肌补片基底一侧的表面涂覆金纳米颗粒与浓度为10wt％的聚氨酯的N,N-二甲基甲酰胺溶液的混合溶液；
其中，混合溶液中金纳米颗粒的浓度为1wt％；刷涂时毛刷宽度与补片宽度相同，涂刷次数为1次；
(4)将涂刷后的补片浸入水中固化后，在25℃下干燥12h，制得贴合心脏曲面的导电心肌补片。
如图3所示，制得的贴合心脏曲面的导电心肌补片包括心肌补片基材和导电涂层3，心肌补片基材由心肌补片基底1和微针2组成；导电涂层与心肌补片基材的结合强度为8MPa；导电涂层的厚度为0.2mm，电导率为3×10-5S/cm，杨氏模量为0.5MPa；
心肌补片基材具有热膨胀性，当温度高于35℃时，制得的心肌补片基材发生体积膨胀，且膨胀变形率为5％；将贴合心脏曲面的导电心肌补片(15mm×15mm)从室温环境移入37℃环境1分钟后能够贴合心脏曲面，贴合心脏曲面后导电心肌补片弯曲后的曲率半径为4cm，最大拔脱力为20cN。
实施例3
一种贴合心脏曲面的导电心肌补片的制备方法，包括如下步骤：
(1)将四甲基乙二胺加入到丙烯酰胺、丙烯腈、过硫酸铵和亚甲基双丙烯酰胺的混合水溶液后，浇筑到带有微针的模具上；
其中，四甲基乙二胺的加入量相对于丙烯酰胺、丙烯腈、过硫酸铵和亚甲基双丙烯酰胺的混合水溶液的含量为0.3v/v％；丙烯酰胺、丙烯腈、过硫酸铵和亚甲基双丙烯酰胺的混合水溶液中，丙烯酰胺的浓度为1mol/L，丙烯酰胺与丙烯腈的摩尔比为0.8:1，亚甲基双丙烯酰胺的浓度为15mmol/L，过硫酸铵和亚甲基双丙烯酰胺的摩尔比为0.8:1；
(2)将浇筑好的模具置于60℃下固化72小时后，脱模得到由心肌补片基底和微针组成的厚度为5mm的心肌补片基材；
制得的心肌补片基材中，微针均匀分布于心肌补片基底的同一侧，且垂直于心肌补片基底所在平面；微针密度为1针/mm；微针为圆柱状，端部为斜面针尖状，微针直径为200μm，微针长度为1.3mm；微针的断裂强度为6.4MPa；
(3)通过刷涂的方法在微针表面以及微针所在心肌补片基底一侧的表面涂覆石墨烯与浓度为10wt％的聚氨酯的N,N-二甲基甲酰胺溶液的混合溶液；
其中，混合溶液中石墨烯的浓度为20wt％；刷涂时毛刷宽度与补片宽度相同，涂刷次数为1次；
(4)将涂刷后的补片浸入水中固化后，在25℃下干燥13h，制得贴合心脏曲面的导电心肌补片。
如图3所示，制得的贴合心脏曲面的导电心肌补片包括心肌补片基材和导电涂层3，心肌补片基材由心肌补片基底1和微针2组成；导电涂层与心肌补片基材的结合强度为4MPa；导电涂层的厚度为0.2mm，电导率为9×10-4S/cm，杨氏模量为16MPa；
心肌补片基材具有热膨胀性，当温度高于35℃时，制得的心肌补片基材发生体积膨胀，且膨胀变形率为20％；将贴合心脏曲面的导电心肌补片(15mm×15mm)从室温环境移入37℃环境1分钟后能够贴合心脏曲面，贴合心脏曲面后导电心肌补片弯曲后的曲率半径为1.5cm，最大拔脱力为40cN。
实施例4
一种贴合心脏曲面的导电心肌补片的制备方法，包括如下步骤：
(1)将四甲基乙二胺加入到丙烯酰胺、丙烯腈、过硫酸铵和亚甲基双丙烯酰胺的混合水溶液后，浇筑到带有微针的模具上；
其中，四甲基乙二胺的加入量相对于丙烯酰胺、丙烯腈、过硫酸铵和亚甲基双丙烯酰胺的混合水溶液的含量为0.4v/v％；丙烯酰胺、丙烯腈、过硫酸铵和亚甲基双丙烯酰胺的混合水溶液中，丙烯酰胺的浓度为0.6mol/L，丙烯酰胺与丙烯腈的摩尔比为1.5:1，亚甲基双丙烯酰胺的浓度为10mmol/L，过硫酸铵和亚甲基双丙烯酰胺的摩尔比为1:1；
(2)将浇筑好的模具置于60℃下固化42小时后，脱模得到由心肌补片基底和微针组成的厚度为4mm的心肌补片基材；
制得的心肌补片基材中，微针均匀分布于心肌补片基底的同一侧，且垂直于心肌补片基底所在平面；微针密度为1.2针/mm；微针为圆柱状，端部为斜面针尖状，微针直径为300μm，微针长度为1.4mm；微针的断裂强度为2.8MPa；
(3)通过刷涂的方法在微针表面以及微针所在心肌补片基底一侧的表面涂覆聚苯胺粉末与浓度为10wt％的聚氨酯的N,N-二甲基甲酰胺溶液的混合溶液；
其中，混合溶液中聚苯胺粉末的浓度为10wt％；刷涂时毛刷宽度与补片宽度相同，涂刷次数为2次；
(4)将涂刷后的补片浸入水中固化后，在25℃下干燥14h，制得贴合心脏曲面的导电心肌补片。
如图3所示，制得的贴合心脏曲面的导电心肌补片包括心肌补片基材和导电涂层3，心肌补片基材由心肌补片基底1和微针2组成；导电涂层与心肌补片基材的结合强度为6MPa；导电涂层的厚度为0.4mm，电导率为1×10-4S/cm，杨氏模量为10MPa；
心肌补片基材具有热膨胀性，当温度高于35℃时，制得的心肌补片基材发生体积膨胀，且膨胀变形率为16％；将贴合心脏曲面的导电心肌补片(15mm×15mm)从室温环境移入37℃环境1分钟后能够贴合心脏曲面，贴合心脏曲面后导电心肌补片弯曲后的曲率半径为2.2cm，最大拔脱力为30cN。
实施例5
一种贴合心脏曲面的导电心肌补片的制备方法，包括如下步骤：
(1)将四甲基乙二胺加入到丙烯酰胺、丙烯腈、过硫酸铵和亚甲基双丙烯酰胺的混合水溶液后，浇筑到带有微针的模具上；
其中，四甲基乙二胺的加入量相对于丙烯酰胺、丙烯腈、过硫酸铵和亚甲基双丙烯酰胺的混合水溶液的含量为0.2v/v％；丙烯酰胺、丙烯腈、过硫酸铵和亚甲基双丙烯酰胺的混合水溶液中，丙烯酰胺的浓度为0.7mol/L，丙烯酰胺与丙烯腈的摩尔比为1:1，亚甲基双丙烯酰胺的浓度为8mmol/L，过硫酸铵和亚甲基双丙烯酰胺的摩尔比为1.1:1；
(2)将浇筑好的模具置于60℃下固化54小时后，脱模得到由心肌补片基底和微针组成的厚度为2.5mm的心肌补片基材；
制得的心肌补片基材中，微针均匀分布于心肌补片基底的同一侧，且垂直于心肌补片基底所在平面；微针密度为1.8针/mm；微针为圆柱状，端部为斜面针尖状，微针直径为250μm，微针长度为1.5mm；微针的断裂强度为4MPa；
(3)通过刷涂的方法在微针表面以及微针所在心肌补片基底一侧的表面涂覆碳纳米管与浓度为10wt％的聚氨酯的N,N-二甲基甲酰胺溶液的混合溶液；
其中，混合溶液中碳纳米管的浓度为18wt％；刷涂时毛刷宽度与补片宽度相同，涂刷次数为1次；
(4)将涂刷后的补片浸入水中固化后，在25℃下干燥15h，制得贴合心脏曲面的导电心肌补片。
如图3所示，制得的贴合心脏曲面的导电心肌补片包括心肌补片基材和导电涂层3，心肌补片基材由心肌补片基底1和微针2组成；导电涂层与心肌补片基材的结合强度为4.5MPa；导电涂层的厚度为0.2mm，电导率为7×10-5S/cm，杨氏模量为18MPa；
心肌补片基材具有热膨胀性，当温度高于35℃时，制得的心肌补片基材发生体积膨胀，且膨胀变形率为8％；将贴合心脏曲面的导电心肌补片(15mm×15mm)从室温环境移入37℃环境1分钟后能够贴合心脏曲面，贴合心脏曲面后导电心肌补片弯曲后的曲率半径为3cm，最大拔脱力为25cN。
实施例6
一种贴合心脏曲面的导电心肌补片的制备方法，包括如下步骤：
(1)将四甲基乙二胺加入到丙烯酰胺、丙烯腈、过硫酸铵和亚甲基双丙烯酰胺的混合水溶液后，浇筑到带有微针的模具上；
其中，四甲基乙二胺的加入量相对于丙烯酰胺、丙烯腈、过硫酸铵和亚甲基双丙烯酰胺的混合水溶液的含量为0.3v/v％；丙烯酰胺、丙烯腈、过硫酸铵和亚甲基双丙烯酰胺的混合水溶液中，丙烯酰胺的浓度为0.9mol/L，丙烯酰胺与丙烯腈的摩尔比为0.8:1，亚甲基双丙烯酰胺的浓度为6mmol/L，过硫酸铵和亚甲基双丙烯酰胺的摩尔比为0.6:1；
(2)将浇筑好的模具置于60℃下固化60小时后，脱模得到由心肌补片基底和微针组成的厚度为3mm的心肌补片基材；
制得的心肌补片基材中，微针均匀分布于心肌补片基底的同一侧，且垂直于心肌补片基底所在平面；微针密度为2针/mm；微针为圆柱状，端部为斜面针尖状，微针直径为220μm，微针长度为1.6mm；微针的断裂强度为5.8MPa；
(3)通过刷涂的方法在微针表面以及微针所在心肌补片基底一侧的表面涂覆银纳米线与浓度为10wt％的聚氨酯的N,N-二甲基甲酰胺溶液的混合溶液；
其中，混合溶液中银纳米线的浓度为5wt％；刷涂时毛刷宽度与补片宽度相同，涂刷次数为2次；
(4)将涂刷后的补片浸入水中固化后，在25℃下干燥16h，制得贴合心脏曲面的导电心肌补片。
如图3所示，制得的贴合心脏曲面的导电心肌补片包括心肌补片基材和导电涂层3，心肌补片基材由心肌补片基底1和微针2组成；导电涂层与心肌补片基材的结合强度为5MPa；导电涂层的厚度为0.4mm，电导率为5×10-5S/cm，杨氏模量为14MPa；
心肌补片基材具有热膨胀性，当温度高于35℃时，制得的心肌补片基材发生体积膨胀，且膨胀变形率为12％；将贴合心脏曲面的导电心肌补片(15mm×15mm)从室温环境移入37℃环境1分钟后能够贴合心脏曲面，贴合心脏曲面后导电心肌补片弯曲后的曲率半径为2.8cm，最大拔脱力为35cN。
探究实施例1～6的贴合心脏曲面的导电心肌补片对心肌修复的影响，步骤如下：
(1)用中度乙醚麻醉大鼠，进行左胸切口以暴露心脏，然后在左心耳下方2mm处用8-0#缝合线结扎左冠状动脉，以建立大鼠心肌梗塞模型；
(2)将心肌梗死小鼠分为两组，其中一组植入“贴合心脏曲面的”导电心肌补片为实验组，未进行任何操作的为对照组；
(3)2周后，使用超声心动图观察大鼠心脏功能，处死大鼠，收集心脏并在4℃下用4％多聚甲醛固定，并在乙醇中脱水，对心肌组织切片进行Masson三色染色，以观察纤维化组织、梗死面积和左室壁厚度的变化；
实验结果表明，贴合心脏曲面的导电心肌补片的植入能够提高大鼠梗死心脏的射血分数和左室短轴缩短率，此外，收缩期左心室内部尺寸明显减小，并伴随着纤维化组织和梗死面积的减少。

Claims (10)

1.一种贴合心脏曲面的导电心肌补片，其特征在于：包括心肌补片基材和导电涂层；
心肌补片基材由心肌补片基底和微针组成，微针均匀分布于心肌补片基底的同一侧，且垂直于心肌补片基底所在平面；
导电涂层存在于微针表面以及微针所在心肌补片基底一侧的表面；
导电涂层与心肌补片基材的结合强度大于或等于4MPa；
心肌补片基材具有热膨胀性，温度高于35℃时发生体积膨胀，膨胀变形率为5～20％；
贴合心脏曲面后导电心肌补片弯曲后的曲率半径为1～4cm；导电心肌补片的最大拔脱力为20～40cN。
2.根据权利要求1所述的一种贴合心脏曲面的导电心肌补片，其特征在于，导电涂层的电导率为10-5～10-3S/cm。
3.根据权利要求1所述的一种贴合心脏曲面的导电心肌补片，其特征在于，微针密度为0.5～2针/mm；
微针为圆柱状，端部为斜面针尖状，微针直径为200～350μm，微针长度为1.2～1.6mm。
4.根据权利要求3所述的一种贴合心脏曲面的导电心肌补片，其特征在于，微针的断裂强度高于0.1MPa。
5.根据权利要求1所述的一种贴合心脏曲面的导电心肌补片，其特征在于，导电涂层的厚度为0.2～0.5mm，杨氏模量为0.5～20MPa；心肌补片基底的厚度为2～5mm。
6.如权利要求1～5任一项所述的一种贴合心脏曲面的导电心肌补片的制备方法，其特征在于包括如下步骤：
(1)将四甲基乙二胺加入到丙烯酰胺、丙烯腈、过硫酸铵和亚甲基双丙烯酰胺的混合水溶液后浇筑到带有微针的模具上；
(2)将步骤(1)浇筑好的模具置于60℃下固化36～72小时，脱模得到由心肌补片基底和微针组成的心肌补片基材；
(3)通过刷涂的方法在微针表面以及微针所在心肌补片基底一侧的表面涂覆导电复合涂料，固化后干燥制得导电心肌补片。
7.根据权利要求6所述的一种贴合心脏曲面的导电心肌补片的制备方法，其特征在于，步骤(1)中丙烯酰胺与丙烯腈的摩尔比为0.8～1.5:1，过硫酸铵和亚甲基双丙烯酰胺的摩尔比为0.5～1.2:1；丙烯酰胺、丙烯腈、过硫酸铵和亚甲基双丙烯酰胺的混合水溶液中丙烯酰胺的浓度为0.5～1mol/L，亚甲基双丙烯酰胺的浓度为5～15mmol/L。
8.根据权利要求7所述的一种贴合心脏曲面的导电心肌补片的制备方法，其特征在于，四甲基乙二胺相对于丙烯酰胺、丙烯腈、过硫酸铵和亚甲基双丙烯酰胺的混合水溶液的加入量为0.1～0.5v/v％。
9.根据权利要求6所述的一种贴合心脏曲面的导电心肌补片的制备方法，其特征在于，步骤(3)中刷涂的次数为1～3次，毛刷宽度与补片宽度相同。
10.根据权利要求6所述的一种贴合心脏曲面的导电心肌补片的制备方法，其特征在于，步骤(3)中导电复合涂料为导电高分子粉末、碳纳米材料或金属纳米材料与聚氨酯的N,N-二甲基甲酰胺溶液的混合溶液，混合溶液中导电高分子粉末、碳纳米材料或金属纳米材料的浓度为1～20wt％；
聚氨酯的N,N-二甲基甲酰胺溶液的浓度为10wt％；
聚氨酯固化方式为非溶剂致相分离或溶剂挥发法。
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