CN206228767U - 一种神经电极及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供一种电荷注入效率高、生物相容性好的神经电极，包括电流发生装置、第一电极和第二电极，所述电流发生装置分别通过导电金属丝与所述第一电极和第二电极相连接，所述第一电极和第二电极中至少一个为石墨烯电极，所述石墨烯电极为三维多孔石墨烯电极，质地柔软，稳定性好，能经受反复按压折叠；具有极高的电荷注入效率；用于电刺激心脏、神经等组织器官，可促进神经细胞的电刺激修复，继而促进神经功能修复；生物相容性好，表面培养神经细胞，细胞存活率高；体内稳定性好。
Description
技术领域
本实用新型属于生物医用工程领域，尤其涉及一种三维多孔石墨烯柔性神经电极及其制备方法。
背景技术
神经活动的基本功能单位神经元具有接受刺激和传导冲动兴奋的功能，电刺激疗法通过在神经电极上施加适当波形和频率的电信号刺激直接接触的神经组织，激活神经元活动，从而改善神经系统的功能障碍。心脏起搏器是植入于体内的电子治疗仪器，通过脉冲发生器输出由电池提供能量的电脉冲，通过导线电极的传导，刺激电极所接触的心肌，使心脏激动和收缩，从而达到治疗某些心律失常所致的心脏功能障碍。
传统金属丝电极如铂、金、钛等，虽然已经有了长足的发展，但仍面临着以下的问题：(1)刚性的电极材料与软组织的机械性能差异大，难以实现与软组织的有效融合；(2)电荷注入效率差；(3)生物相容性差。发展新型电极材料对植入式神经电极的临床应用有着重大意义。
有鉴于上述的缺陷，本设计人，积极加以研究创新，以期创设一种神经电极及其制备方法，使其更具有产业上的利用价值。
实用新型内容
为解决上述技术问题，本实用新型的目的是提供一种电荷注入效率高、生物相容性好的神经电极。
本实用新型的一种神经电极，包括电流发生装置、第一电极和第二电极，所述电流发生装置分别通过导电金属丝与所述第一电极和第二电极相连接，所述第一电极和第二电极中至少一个为石墨烯电极；石墨烯电极为圆盘状或者长条状。
进一步的，所述石墨烯电极为三维多孔石墨烯电极。
进一步的，所述导电金属丝外设有绝缘的保护套。
更进一步的，所述保护套材质为硅胶或聚氨酯，且其厚度在0.5-3mm之间
进一步的，所述导电金属丝为银丝或铜丝，优选银丝。
进一步的，所述导电金属丝通过导电胶和三维多孔石墨烯电极连接，优选银胶。
进一步的，所述三维多孔石墨烯电极设有保护基板。
更进一步的，所述保护基板由聚合物材料构成，聚合物材料包括聚二甲基硅氧烷(PDMS)、聚氨酯或聚丙烯酸共聚物，优选PDMS。
更进一步的，所述保护基板的厚度为0.1-2mm。
更进一步的，所述三维多孔石墨烯电极与所述保护基板的厚度比为1:0.25-4。
本实用新型的神经电极的制备方法，包括以下步骤：
(1)将三维多孔石墨烯电极通过导电胶和导电金属丝粘接，并使导电胶完全固化；
(2)将导电金属丝和三维多孔石墨烯电极的连接部分浸泡在聚合物溶液中，使聚合物固化，制得保护基板；聚合物溶液中聚合物材料包括聚二甲基硅氧烷(PDMS)、聚氨酯或聚丙烯酸共聚物，优选PDMS；
(3)将带有保护基板的三维多孔石墨烯电极和另一电极分别通过导电金属丝与电流发生装置连接，制得神经电极。
石墨烯作为继富勒烯和碳纳米管发现之后的又一种新型碳同素异形体，具有独特的原子结构和电子结构，使得其表现出传统材料所不具有的多种非凡性能，如超大的理论比表面积、良好的导电导热性、优良的力学性能、柔韧性和弹性(近20％的伸展率)、光学性能和生物相容性等特点。而三维多孔石墨烯保留了二维石墨烯优越的内在属性，具有更高的比表面积和表面化学修饰能力。因而，构建基于三维多孔石墨烯泡沫的神经电极，施展电刺激，治疗疾病，进而改善病人生活质量，具有非常高的经济价值。
借由上述方案，本实用新型至少具有以下优点：
本实用新型提供一种三维多孔石墨烯柔性神经电极及其制备方法，该神经电极包括三维多孔石墨烯电极，可对组织器官的局部区域施加电刺激；该神经电极具有高比表面积的三维网络结构，质地柔软，稳定性好，能经受反复按压折叠，可卷曲使用；具有极高的电荷注入效率；用于电刺激心脏、神经等组织器官，可促进神经细胞的电刺激修复，继而促进神经功能修复；生物相容性好，表面培养神经细胞，细胞存活率高；体内稳定性好。
上述说明仅是本实用新型技术方案的概述，为了能够更清楚了解本实用新型的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本实用新型的较佳实施例并配合附图详细说明如后。
附图说明
图1是本实用新型的结构示意图；
图2为本实用新型中三维多孔石墨烯电极和保护基板的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本实用新型的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本实用新型，但不用来限制本实用新型的范围。
参见图1和图2，本实用新型一较佳实施例所述的一种神经电极，包括电流发生装置1、第一电极3和第二电极31，所述电流发生装置1分别通过导电金属丝2与所述第一电极3和第二电极31相连接，所述第一电极3和第二电极31中至少一个为石墨烯电极；石墨烯电极为圆盘状或者长条状。
为了增大比表面积，提高电荷注入率和稳定性，所述石墨烯电极为三维多孔石墨烯电极4。
为了避免安全隐患，所述导电金属丝2外设有绝缘的保护套5。
优选的，所述保护套5材质为硅胶或聚氨酯，且其厚度在0.5-3mm之间。
优选的，所述导电金属丝2为银丝或铜丝，优选银丝。
优选的，所述导电金属丝2通过导电胶和三维多孔石墨烯电极4连接，优选银胶。
为了支撑三维多孔石墨烯电极4，保护导电金属丝2-银胶-三维多孔石墨烯电极4的导电连接面，所述三维多孔石墨烯电极4设有保护基板6。
优选的，所述保护基板6由聚合物材料构成，聚合物材料包括聚二甲基硅氧烷(PDMS)、聚氨酯或聚丙烯酸共聚物，优选PDMS。
优选的，所述保护基板6的厚度为0.1-2mm。
所述三维多孔石墨烯电极4厚度太大，导致不够柔软，重量大，使用性能不佳；太薄则不结实，不能完全屏蔽保护基板6接触组织，因此，所述三维多孔石墨烯电极4与所述保护基板6的厚度比为1:0.25-4。
实施例1：神经电极的制备
包括以下步骤：
(1)通过银胶将三维多孔石墨烯电极4和银丝粘接，并加热至70℃使银胶完全固化，三维多孔石墨烯电极4厚度为0.5mm；
(2)将银丝和三维多孔石墨烯电极4的连接部分浸泡在PDMS溶液中，抽真空除去混合液中的气泡，于70℃保温6h使PDMS固化，制得保护基板6，厚度为2mm；
(3)将带有保护基板6的三维多孔石墨烯电极4和金属钛电极分别通过银丝与电流发生装置1连接，制得神经电极。
实施例2：神经电极的制备
包括以下步骤：
(1)通过银胶将三维多孔石墨烯电极4和铜丝粘接，并加热至50℃使银胶完全固化，三维多孔石墨烯电极4厚度为2mm；
(2)将铜丝和三维多孔石墨烯电极4的连接部分浸泡在PDMS溶液中，抽真空除去混合液中的气泡，于100℃保温1h使PDMS固化，制得保护基板6，厚度为0.5mm；在PDMS固化前，可以将一个心形模具轻轻压在石墨烯表面，使其产生心形形变，待PDMS完全固化后，得到凹陷的电极，以更好的与心脏区域贴合；
(3)将带有保护基板6的三维多孔石墨烯电极4和金属铂电极分别通过铜丝与电流发生装置1连接，制得神经电极。
实施例3：神经电极的制备
包括以下步骤：
(1)通过银胶将三维多孔石墨烯电极和银丝粘接，并加热至60℃使银胶完全固化，三维多孔石墨烯电极4厚度为1mm；
(2)将银丝和三维多孔石墨烯电极4的连接部分快速浸泡在聚氨酯溶液中，抽真空除去混合液中的气泡，室温放置24h，使得聚氨酯固化，所得保护基板6厚约1mm。
(3)将带有保护基板6的三维多孔石墨烯电极4和金属金电极分别通过银丝与电流发生装置1连接，制得神经电极。
实施例4：神经电极的制备
包括以下步骤：
(1)通过银胶将两个三维多孔石墨烯电极分别和银丝粘接，并加热至60℃使银胶完全固化，三维多孔石墨烯电极4厚度为1mm；
(2)将其中一个银丝和三维多孔石墨烯电极4的连接部分浸泡在聚丙烯酸的预聚体溶液中，抽真空除去混合液中的气泡，紫外光(10W)下照射6h，使得聚丙烯酸固化，所得保护基板6厚约1mm；
(3)将带有保护基板6的三维多孔石墨烯电极4和另一个三维多孔石墨烯电极分别通过银丝与电流发生装置1连接，制得神经电极。
本实用新型的工作原理如下：
将制得的三维多孔石墨烯柔性神经电极应用在心脏起搏器中，三维多孔石墨烯柔性神经电极的其中一个电极为三维多孔石墨烯电极4，另一个电极为金属钛电极，将三维多孔石墨烯电极4植入人体心脏内用于向心脏发出的电脉冲，刺激心脏跳动；其中，金属钛电极中的金属钛也可为金属铂或金，金属钛电极也可以为三维多孔石墨烯电极4。
制得的三维多孔石墨烯柔性神经电极还可以缠绕在神经上使用，典型使用过程如下：手术剥出神经，然后将长条状的三维多孔石墨烯电极4轻轻缠绕神经上，手术尽量轻柔以避免石墨烯破碎，继而缝合切开的组织。
经测试，使用三维多孔石墨烯柔性神经电极的效果为：单位面积电荷注入量是传统电极的3-100倍；表面培养神经细胞，细胞存活率高于90％；石墨烯端面可以卷曲使用；经受100次卷曲后，电阻变化小于50％；植入体内后，3个月内，电阻率变化低于200％。
以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，并不用于限制本实用新型，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本实用新型的保护范围。
Claims (9)
1.一种神经电极，包括电流发生装置、第一电极和第二电极，所述电流发生装置分别通过导电金属丝与所述第一电极和第二电极相连接，其特征在于：所述第一电极和第二电极中至少一个为石墨烯电极。
2.根据权利要求1所述的神经电极，其特征在于：所述石墨烯电极为三维多孔石墨烯电极。
3.根据权利要求1所述的神经电极，其特征在于：所述导电金属丝外设有绝缘的保护套。
4.根据权利要求3所述的神经电极，其特征在于：所述保护套材质为硅胶或聚氨酯。
5.根据权利要求1所述的神经电极，其特征在于：所述导电金属丝为银丝或铜丝。
6.根据权利要求2所述的神经电极，其特征在于：所述导电金属丝通过导电胶和三维多孔石墨烯电极连接。
7.根据权利要求2或6所述的神经电极，其特征在于：所述三维多孔石墨烯电极设有由聚合物材料构成的保护基板。
8.根据权利要求7所述的神经电极，其特征在于：所述保护基板的厚度为0.1-2mm。
9.根据权利要求7所述的神经电极，其特征在于：所述三维多孔石墨烯电极与所述保护基板的厚度比为1:0.25-4。
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