CN117717654A - 一种探针及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种探针及其制备方法，所述探针包括水凝胶针体，海藻酸钠和导电材料混合制成所述水凝胶针体；其中，按重量份计，所述海藻酸钠5‑8份，所述导电材料2‑5份。本发明的技术方案探针具有电学性能和良好的生物相容性。

Description

一种探针及其制备方法

技术领域

本发明涉及探针技术领域，特别涉及一种探针及其制备方法。

背景技术

相关技术中，电极是一种能进行电刺激与电活动记录的器件，被广泛应用于神经科学领域。而传统的电极是使用铂、镍、铬等金属微丝制作而成的，虽然具有电学性能，但由于金属微丝的弹性模量远远高于人体组织，电极的生物相容性受到了极大的影响。

发明内容

本发明的主要目的是提供一种探针，使探针具有电学性能和良好的生物相容性。

为实现上述目的，本发明提出的探针，所述探针包括水凝胶针体，海藻酸钠和导电材料混合制成所述水凝胶针体；其中，按重量份计，所述海藻酸钠5-8份，所述导电材料2-5份。

在一实施例中，所述导电材料包括金属米线或导电浆粉。

在一实施例中，所述金属米线包括银米线、铜米线或金米线中的一种或多种；和/或，所述导电浆粉包括银浆、银粉、铜浆、铜粉、金浆或金粉中的一种或多种。

在一实施例中，所述金属米线为金属纳米线。

在一实施例中，所述海藻酸钠的分子量为20000-50000。

在一实施例中，所述探针的直径为0.03-0.300mm。

本发明还提出一种探针制备方法，用于制备上述探针，制备方法包括以下步骤：

海藻酸钠溶于水，形成水凝胶溶液；

导电材料分散于水，得到导电分散液；

将水凝胶溶液和导电分散液混合均匀，得到柔性混合液；

将所述柔性混合液挤出至氯化钙水溶液中，获得水凝胶针体。

在一实施例中，所述柔性混合液中，所述导电材料含量为4-10mg/mL，所述海藻酸钠含量为10-50mg/mL。

在一实施例中，所述将水凝胶溶液和导电分散液混合均匀，得到柔性混合液的步骤中，采用超声混合；和/或，所述将水凝胶溶液和导电分散液混合均匀，得到柔性混合液的步骤中，还包括加热所述柔性混合液。

在一实施例中，所述将所述柔性混合液挤出至氯化钙水溶液中，获得水凝胶针体的步骤中，所述柔性混合液通过注射器挤出，所述注射器的针头内径为0.11mm-1.20mm。

本发明技术方案的探针包括水凝胶针体，该水凝胶针体包括混合的海藻酸钠和导电材料，通过加入海藻酸钠5-8份，使得水凝胶针体柔软、安全、生物相容性良好，从而解决了现有电极生物相容性差的问题，避免使用过程中对人体造成损伤。同时，该水凝胶针体包括导电材料，使得水凝胶针体具有导电性能，从而实现探针具有电学性能和良好的生物相容性，可以应用于神经调控、柔性电子和传感器等领域。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。

图1为本发明探针制备方法一实施例的流程示意图。

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明，若全文中出现的“和/或”的含义为，包括三个并列的方案，以“A和/或B”为例，包括A方案，或B方案，或A和B同时满足的方案。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

本文中“包括”、“包含”、“含”、“含有”、“具有”或其它变体意在涵盖非封闭式包括，这些术语之间不作区分。术语“包含”是指可加入不影响最终结果的其它步骤和成分。术语“包含”还包括术语“主要由…组成”和“基本上由…组成”。本发明的组合物和方法/工艺包含、由其组成和基本上由本文描述的必要元素和限制项以及本文描述的任一的附加的或任选的成分、组分、步骤或限制项组成。在说明书和权利要求书中使用的涉及组分量、工艺条件等的所有数值或表述在所有情形中均应理解被“约”修饰。涉及相同组分或性质的所有范围均包括端点，该端点可独立地组合。由于这些范围是连续的，因此它们包括在最小值与最大值之间的每一数值。还应理解的是，本申请引用的任何数值范围预期包括该范围内的所有子范围。如本文所用，“重量份”、“重量份数”、“质量份”或“质量份数”可互换使用，所述的重量份可以是任何一个固定的以毫克、克数或千克数表示重量(如1mg、1g、2g、5g、或1kg等)。例如，一个由1重量份组分a和9重量份组分b构成的组合物，可以是1克组分a+9克组分b，也可以是10克组分a+90克组分b等构成的组合物。

本发明提出一种探针。

在本发明实施例中，该探针包括水凝胶针体，海藻酸钠和导电材料混合制成所述水凝胶针体；其中，按重量份计，所述海藻酸钠5-8份，所述导电材料2-5份。

具体而言，该探针可以用于神经科学领域，可以作用于皮肤或其它人体组织，能够进行电刺激和电活动记录等。探针包括水凝胶针体，具有水凝胶柔软、安全、生物相容性良好的特性，从而获得柔性的水凝胶针体，从而降低了探针的弹性模量，减小探针对人体的影响。

该水凝胶针体并非简单的导电材料设置在海藻酸钠上，而是海藻酸钠和导电材料混合以获得水凝胶针体，即导电材料分散在海藻酸钠，从而一方面探针的整体性好，降低了导电材料的弹性模量，使得探针整体具有良好的柔性；另一方面，改善了探针导电性能，提高了探针的灵敏度，进行电刺激和电活动记录的可靠性高。

该海藻酸是天然线形高分子多糖，主要来源于褐藻类如海带和马尾藻的细胞壁及细胞基质。海藻酸钠是海藻酸的钠盐，由β-(1→4)D-甘露糖醛酸(M段)和α-(1→4)L-古洛糖醛酸(G段)残基通过α-1,4-糖苷键连接而成，并由不同比例的GM、MM和GG片段组成的共聚物。海藻酸钠为白色或浅黄色纤维、颗粒或粉末，几乎无臭无味、且无毒，具有增稠性好、成膜性好、凝胶强度高、成丝性好等优点，可以用于食品工业、医学等领域。

该海藻酸钠为天然海藻多糖，其具有良好的生物可降解性和生物相容性，并且具有一定的生物活性和水溶性，采用海藻酸钠用于制备水凝胶基体，对人体无毒害，具有水凝胶的柔软、安全和生物相容性好的性能，从而降低了探针的弹性模量。

海藻酸钠的含量太少，探针不容易成型，且难以作用于皮肤和人体组织；而海藻酸钠的含量太多，又会增大探针的弹性模量，对人体造成损伤，对此，水凝胶针体的制备材料中，按重量份计，海藻酸钠5-8份，使得探针能够成型，又具有合适的柔软性。

该水凝胶针体还包括导电材料，该导电材料与海藻酸钠相互混合，以使水凝胶针体具有良好的导电性能。该导电材料具有导电性能，当水凝胶针体中导电材料含量增大，探针的电阻下降；当水凝胶针体中导电材料含量减小，探针的电阻上升，从而实现探针导电性能的可控调节。

水凝胶针体的制备材料中，按重量份计，导电材料2-5份。通过特定份数的导电材料，从而保证了探针的导电性能，又节省了导电材料，降低了成本。

本发明技术方案的探针包括水凝胶针体，按重量份计，该水凝胶针体包括混合的海藻酸钠和导电材料，通过加入海藻酸钠5-8份，使得水凝胶针体柔软、安全、生物相容性良好，从而解决了现有电极生物相容性差的问题，避免使用过程中对人体造成损伤。同时，该水凝胶针体包括导电材料，使得水凝胶针体具有导电性能，从而实现探针具有电学性能和良好的生物相容性，可以应用于神经调控、柔性电子和传感器等领域。

该导电材料有多种，在一实施例中，所述导电材料包括金属米线或导电浆粉。通过金属米线或导电浆粉，使得水凝胶针体具有良好的导电性能，便于水凝胶针体的制备。该导电浆粉可以是导电金属浆，也可以是导电金属粉，具体可以根据实际情况进行选择。

该金属米线也有多种，在一实施例中，所述金属米线包括银米线、铜米线或金米线中的一种或多种。该导电材料可以包括一种金属米线，也可以包括多种金属米线。进一步地，在一实施例中，所述金属米线包括银米线。

为了进一步改善探针的导电性能，在一实施例中，所述金属米线为金属纳米线，通过采用纳米级的金属米线，金属米线粒径更小，分散效果更好，导电性能更优。进一步地，在一实施例中，所述金属米线包括银纳米线。

同样地，导电浆粉也可以有多种，在一实施例中，所述导电浆粉包括银浆、银粉、铜浆、铜粉、金浆或金粉中的一种或多种。也就是说，导电金属浆可以是银浆、铜浆、或金浆，导电金属粉可以是银粉、铜粉或金粉。

该海藻酸钠采用高分子量海藻酸钠，在一实施例中，所述海藻酸钠的分子量为20000-50000。通过采用高分子的海藻酸钠，使得水凝胶针体更加稳定，促进皮肤细胞的再生和新陈代谢。

神经科学领域所需要的探针，除了对电学性能的要求之外，还对尺寸有一定要求。在一实施例中，所述探针的直径为0.03-0.300mm，以满足探针的尺寸要求，获得超细微丝，避免探针过大。

相关技术中，探针的制备方法复杂，且难以制备出超细微丝状的探针，对此，请参照图1，本发明还提出一种探针制备方法，用于制备上述的探针，该制备方法包括以下步骤：

S1、海藻酸钠溶于水，形成水凝胶溶液；

S2、导电材料分散于水，得到导电分散液；

S3、将水凝胶溶液和导电分散液混合均匀，得到柔性混合液；

S4、将所述柔性混合液挤出至氯化钙水溶液中，获得水凝胶针体。

在步骤S1中，把相应份数的海藻酸钠溶于水中，形成了水凝胶溶液，该水凝胶溶液可以是水凝胶前驱体。当制备3％的水凝胶溶液时，可以是称量3g的海藻酸钠溶于100mL的水。在海藻酸钠溶于水前，按重量份计，海藻酸钠可以是5-8份。

在步骤S2中，导电材料为不溶物，通过导电材料分散在水中，得到导电分散液。可以理解的是，该导电材料可以分散在水中，也可以分散在其他溶剂中。以20mg/mL导电分散液为例，1mL溶剂中含有20mg的导电材料。在导电材料分散在水前，按重量份计，导电材料可以是2-5份。

为了使导电材料分散均匀，在步骤S3中，将导电分散液与水凝胶溶液混合均匀，从而得到柔性混合液，以便制成具有柔性的探针。导电分散液与水凝胶溶液按比例混合，按体积算，可以是导电分散液与水凝胶溶液体积比为3∶7，也可以是2∶8，或者是4∶6，又或者是5∶5.

在步骤S4中，氯化钙水溶液的浓度可以是1％，混合后的柔性混合液注入氯化钙水溶液中，触发水凝胶溶液的钙离子交联，从而获得超细水凝胶针体。

具体的，钙离子的交联原理是基于电荷吸引力和化学键的形成。海藻酸钠是一种多羧酸，分子中含有许多负电荷；氯化钙水溶液中的钙离子，是一种二价阳离子，其电子云有两个空穴，可以与海藻酸钠中的负电荷形成化学键。所以，当钙离子和海藻酸钠混合时，它们相互吸引，形成交联结构，这种交联结构可以使海藻酸钠分子形成三维网络，从而形成凝胶状的探针。

在一实施例中，在步骤S3，柔性混合液中，所述导电材料的终浓度为4-10mg/mL，所述海藻酸钠的终浓度为10-50mg/mL。可以通过调整柔性混合液中，导电材料和海藻酸钠的终浓度，来控制探针的电学性能。当导电材料终浓度含量提高时，探针的电阻下降；反之，则探针的电阻上升，从而实现探针电学性能的可控调节。

为了使水凝胶溶液和导电分散液混合均匀，请参照图1，在一实施例中，在步骤S3，采用超声混合。也就是说，水凝胶溶液和导电分散液混合后，对其进行超声操作，水凝胶溶液和导电分散液混合均匀，使得探针的导电性能优，探针的成型效果好。在一实施例中，水凝胶溶液和导电分散液超声混合后，还包括加热所述柔性混合液。通过超声后加热，进一步利于水凝胶溶液和导电分散液之间的均匀混合。

在一实施例中，超声混合的步骤，超声频率为40khz，超声功率为120w。为了混合均匀，在一实施例中，超声的时间为5-20分钟。进一步地，在一实施例中，超声的时间为10分钟。

请参照图1，在一实施例中，所述将所述柔性混合液挤出至氯化钙水溶液中，获得水凝胶针体的步骤中，所述柔性混合液通过注射器挤出，所述注射器的针头内径为0.11mm-1.20mm。

该柔性混合液通过注射器挤出到氯化钙水溶液中，触发水凝胶溶液的钙离子交联，以获得超细的水凝胶针体。注射器的针头内径为0.11mm-1.20mm，通过更换不同尺寸注射器的针头，如21G-30G，从而控制获得水凝胶针体的直径。进一步地，在一实施例中，注射器的针头内径为0.27mm-1.00mm。更进一步地，在一实施例中，注射器的针头内径为0.16mm-0.51mm。

可以理解的是，针头越细，制备得到的水凝胶探针直径越小；反之，针头越粗，水凝胶探针直径越大，从而实现探针直径的可控调节。可以理解的是，使用的注射成型工具的注射器可以是针管、注射泵、吸管等，可依据实际情况进行选择。

另外，通过注射器的注射速度、持续时间的不同，可控制所制成的探针长度，注射时间越长，所制成的探针越长；反之，则越短，从而实现获得不同长度的探针。

相比于现有的探针，本申请的探针制备简单，无需特殊工具和方法，采用的制备工具均是常用容易获得的，如滴管、烧杯、针管和针头等。并且，可以对探针的电学性能、直径、长度进行调控。

下面将结合具体实施例对本发明的实施方案进行详细描述，但是本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本发明，而不应视为限制本发明的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。

实施例1

首先将分子量为20000的分析纯海藻酸钠溶于水中，配制成4％的溶液作为水凝胶溶液；再将银纳米线分散到水中，得到20mg/mL银纳米线水溶液；通过1mL滴管将20mg/mL银纳米线水溶液与水凝胶溶液以体积3∶7比例混合。混合超声加热后，吸入到5mL针管中，通过内径为0.51mm的针头注射进1％的氯化钙水溶液，触发钙离子交联，制成微丝水凝胶针体。经测量，微丝水凝胶针体的直径是0.12mm。

实施例2

与实施例1不同的是，采用内径为0.41mm的针头注射，经测量，微丝水凝胶针体的直径是0.10mm。

实施例3

与实施例1不同的是，采用内径为0.34mm的针头注射，经测量，微丝水凝胶针体的直径是0.08mm。

实施例4

与实施例1不同的是，采用内径为0.26mm的针头注射，经测量，微丝水凝胶针体的直径是0.06mm。

实施例5

与实施例1不同的是，采用内径为0.21mm的针头注射，经测量，微丝水凝胶针体的直径是0.05mm。

实施例6

与实施例1不同的是，采用内径为0.16mm的针头注射，经测量，直径是0.04mm。

根据实施例1至实施例6，得到的水凝胶针体直径为0.04-0.12mm。由于使用银纳米线，并且，银纳米线分散在水凝胶针体中，从而提高了水凝胶针体的电学性能；同时，采用海藻酸钠制得的水凝胶针体柔软、安全，具有良好的生物相容性。

本发明中所用原料、设备，若无特别说明，均为本领域的常用原料、设备；本发明中所用方法，若无特别说明，均为本领域的常规方法。如无特殊说明，本说明书中的术语的含义与本领域技术人员一般理解的含义相同，但如有冲突，则以本说明书中的定义为准。

前述的实例仅是说明性的，用于解释本发明所述方法的一些特征。所附的权利要求旨在要求可以设想的尽可能广的范围，且本文所呈现的实施例仅是根据所有可能的实施例的组合的选择的实施方式的说明。因此，申请人的用意是所附的权利要求不被说明本发明的特征的示例的选择限制。在权利要求中所用的一些数值范围也包括了在其之内的子范围，这些范围中的变化也应在可能的情况下解释为被所附的权利要求覆盖。

Claims (10)

1.一种探针，其特征在于，所述探针包括水凝胶针体，海藻酸钠和导电材料混合制成所述水凝胶针体；其中，按重量份计，所述海藻酸钠5-8份，所述导电材料2-5份。

2.如权利要求1所述的探针，其特征在于，所述导电材料包括金属米线或导电浆粉。

3.如权利要求2所述的探针，其特征在于，所述金属米线包括银米线、铜米线或金米线中的一种或多种；和/或，

所述导电浆粉包括银浆、银粉、铜浆、铜粉、金浆或金粉中的一种或多种。

4.如权利要求3所述的探针，其特征在于，所述金属米线为金属纳米线。

5.如权利要求4所述的探针，其特征在于，所述海藻酸钠的分子量为20000-50000。

6.如权利要求1至5中任意一项所述的探针，其特征在于，所述探针的直径为0.03-0.300mm。

7.一种探针制备方法，用于制备如权利要求1至6中任意一项所述的探针，其特征在于，包括以下步骤：

海藻酸钠溶于水，形成水凝胶溶液；

导电材料分散于水，得到导电分散液；

将水凝胶溶液和导电分散液混合均匀，得到柔性混合液；

将所述柔性混合液挤出至氯化钙水溶液中，获得水凝胶针体。

8.如权利要求7所述的探针制备方法，其特征在于，所述柔性混合液中，所述导电材料含量为4-10mg/mL，所述海藻酸钠含量为10-50mg/mL。

9.如权利要求8所述的探针制备方法，其特征在于，所述将水凝胶溶液和导电分散液混合均匀，得到柔性混合液的步骤中，采用超声混合；和/或，

所述将水凝胶溶液和导电分散液混合均匀，得到柔性混合液的步骤中，还包括加热所述柔性混合液。

10.如权利要求8所述的探针制备方法，其特征在于，所述将所述柔性混合液挤出至氯化钙水溶液中，获得水凝胶针体的步骤中，所述柔性混合液通过注射器挤出，所述注射器的针头内径为0.11mm-1.20mm。