CN220608885U - 一种用于肿瘤治疗的无线植入式光动力微颗粒 - Google Patents

Abstract

一种用于肿瘤治疗的无线植入式光动力微颗粒，所述微颗粒由微型电路和压电陶瓷组成，其中所述微型电路包括：聚酰亚胺衬底、顶部焊盘、微型LED、上下部连接桥，底部焊盘，整流桥；聚酰亚胺衬底分为顶部和底部，所述压电陶瓷包括顶部银电极和底部银电极，圆柱状锆钛酸铅压电陶瓷，银电极位于圆柱状锆钛酸铅压电陶瓷的顶部和底部。该器件基于压电效应，通过利用超声波的能量来转化为光来进行光动力疗法，能够被植入肿瘤部位的任何地方，包括深部器官。这种无线植入式光动力微颗粒的体积小，可以使用微创手术技术植入或移除。这意味着与传统的开放式手术相比，患者可能会经历更少的创伤，更少的疼痛和更短的恢复时间。

Description

一种用于肿瘤治疗的无线植入式光动力微颗粒

技术领域

本实用新型属于生物医学工程器件领域，尤其涉及一种用于肿瘤治疗的无线植入式光动力微颗粒。

背景技术

癌症的发病率一直在增加，使其成为全球死亡的主要原因。目前，化疗和放疗是治疗癌症的主要手段。虽然这些治疗方法可以抑制癌症复发并促进肿瘤消退，但它们往往缺乏特异性，并且既针对癌细胞，也针对健康的分裂细胞。因此，经常观察到对正常细胞的毒性，导致不良的副作用。因此，迫切需要开发有效、精确、副作用少的治疗方法。在这种背景下，光动力疗法(PDT)作为一种有前景的治疗各种类型癌症的方式受到了极大的关注。PDT利用光敏药物(光敏剂)和光学照明的组合来选择性地激活肿瘤细胞内的光敏剂。当被激活时，光敏剂产生活性氧等物质，可以破坏癌细胞而不会对健康组织造成重大伤害，从而减少副作用。然而，PDT的一个限制是光穿透身体和组织的深度有限。可见光穿透深度较浅，难以有效治疗深部肿瘤或肿瘤位于难以进入的区域。然而，目前的PDT治疗器件通常为有线的光纤以及光纤一端连接的大型医疗设备。在治疗过程中，将光纤植入肿瘤附近，在强光下进行短期治疗，但电致发光性能较弱，不足以清除肿瘤，若提高治疗强度，则可能损伤周围神经血管。

在光动力疗法(PDT)中，光敏剂通过照射特定波长的光来产生活性氧和其他物质。然而，光通过生物组织的穿透深度是有限的，这导致在实际的PDT中使用强可见光。不幸的是，这种方法经常导致广泛的组织损伤和炎症反应，导致器官功能障碍。目前，研究人员为了避免因PDT过度暴露而产生副作用，开发了一些低辐照度的PDT癌症治疗器件，然而驱动LED的无线电源需要具有特定工作范围的能量传输装置，极大地限制患者的治疗时间和空间。与此同时，进入肿瘤区域的光传输依赖于通过手术或内窥镜植入的光纤，但它们与皮肤损伤的不相容性和复杂的操作限制了长期治疗的使用。为了解决这一问题，开发一种能够以最佳强度向深层肿瘤输送可见光的方法是至关重要的，特别是在PDT及其在癌症免疫治疗中的应用的背景下，在诱导有效治疗的同时最小化副作用。最近的研究表明，一种由射频无线供电单元和LED光源集成的无线微型植入式设备可以满足光传输的多功能性以及体内空间和时间精度的要求。然而，对于射频无线供电，在体内接收能量的无线线圈可能会对正常组织、皮肤吸收、神经系统疾病和其他额外的潜在风险产生不必要的热效应。

发明内容

超声是生物组织中一种高效、安全的能量方式。它是非辐射的，具有低的组织衰减系数。认识到这些优点，我们利用超声波作为能量来源。制备了一种无线植入式光动力微颗粒，该器件通过利用超声波的能量来转化为光来进行光动力疗法。重要的是，这种微颗粒能够被植入肿瘤部位的任何地方，包括深部器官。这种灵活性允许将微颗粒精确地放置在肿瘤的位置，从而实现更准确的治疗。这种无线植入式光动力微颗粒的体积小，可以使用微创手术技术植入或移除。这意味着与传统的开放式手术相比，患者可能会经历更少的创伤，更少的疼痛和更短的恢复时间。微创手术还降低了感染和其他并发症的风险，使整个治疗过程对患者更方便、更安全。

本实用新型提供一种用于肿瘤治疗的无线植入式光动力微颗粒，基于压电效应可用超声波能量工作，实现肿瘤治疗的无线无电池供能，并且将产生特定波长的光来激发光敏剂，并产生杀死肿瘤的物质。

无线植入式光动力微颗粒示意图如图1所示，它由两部分组成：微型电路和压电陶瓷。

其中所述微型电路包括：聚酰亚胺衬底1-1、顶部焊盘1-2、微型LED1-3、上下部连接桥1-4，底部焊盘1-5，整流桥1-6；聚酰亚胺衬底1-1分为顶部和底部；

所述压电陶瓷包括顶部银电极和底部银电极，圆柱状锆钛酸铅压电陶瓷2-2，银电极位于圆柱状锆钛酸铅压电陶瓷的顶部和底部；

顶部焊盘位于聚酰亚胺顶部衬底的内表面，底部焊盘位于聚酰亚胺底部衬底的内表面，分别与压电陶瓷顶部和底部的银电极通过导电焊膏进行连通，微型LED位于聚酰亚胺顶部衬底的外表面，与顶部焊盘进行电气连接，整流桥位于聚酰亚胺底部衬底的外表面，与底部焊盘进行电气连接，微型电路集成在聚酰亚胺衬底上并经过聚二甲基硅氧烷封装；

微型LED位于微颗粒的顶部，整流桥位于微颗粒的底部，整体略有凸起，上下部连接桥为两条铺有铜的聚酰亚胺，将微颗粒顶部电路和底部电路进行电气连接。

与现有技术相比，本实用新型具有以下优点：

(1)本实用新型能通过超声信号，基于压电效应将其转化为能点亮led的电信号，实现了无线供能。

(2)本实用新型的实施例输出的光信号能有效、安全调节杀伤肿瘤细胞。而器件的微型能更好的减小炎症等并发症的发生。

附图说明

图1为无线植入式光动力微颗粒示意图；

图2为微型电路的组成示意图；

图3为压电陶瓷的组成示意图；

图4为调制电路的框架图；

图5为本装置用于癌症治疗的疗效结果图。

具体实施方式

本实施例的中的无线植入式光动力微颗粒示意图如图1所示，它由两部分组成：微型电路和压电陶瓷。

图2是微型电路的组成示意图，顶部焊盘位于聚酰亚胺顶部衬底的内表面，底部焊盘位于聚酰亚胺底部衬底的内表面，分别与压电陶瓷顶部和底部的银电极通过导电焊膏进行连通，微型LED位于聚酰亚胺顶部衬底的外表面，与顶部焊盘进行电气连接，整流桥位于聚酰亚胺底部衬底的外表面，与底部焊盘进行电气连接；微颗粒组装后微型LED位于微颗粒的顶部，整流桥位于微颗粒的底部，整体略有凸起，上下部连接桥是通过两条铺有铜的聚酰亚胺，将微颗粒顶部电路和底部电路进行电气连接。

图3是压电陶瓷的组成示意图，包括顶部银电极和底部银电极2-1，圆柱状锆钛酸铅压电陶瓷2-2。

微型电路集成在聚酰亚胺衬底上并经过聚二甲基硅氧烷封装(Polydimethylsiloxane，PDMS)。锆钛酸铅压电陶瓷(Lead zirconate titanatepiezoelectric ceramics，PZT)(直径约3毫米，厚度2毫米)由锆钛酸铅压电材料和位于顶部以及底部的银电极组成。压电陶瓷、微型电路之间由银电极和顶部以及底部焊盘通过导电焊膏连接并形成电气回路，从而保持电气连接。

压电陶瓷的上下部银电极和微型电路的上下部焊盘既能保证两者的物理连接，还能用于传导电信号。

本器件总体尺寸为直径3毫米，高度2.5毫米。压电陶瓷的体积影响着整个微颗粒的体积，更进一步我们可以通过改变压电陶瓷的体积和调整微电路的尺寸来缩小整个微颗粒的大小，使其达到我们在治疗中所需要的尺寸。

压电陶瓷片接收到超声波时，基于压电效应，会把超声波的机械能转换为压电信号，锆钛酸铅陶瓷片在沿一定方向上受到超声波压力的作用，其内部会产生极化现象，同时在它的上下表面上出现正负相反的电荷。当超声波停止后，它又会恢复到不带电的状态，这种现象称为压电效应。压电信号通过顶部和底部与焊盘连接的银电极传入到整流桥中，电路通过整流桥把信号处理输出为led发光需要的电信号。

压电信号传入到柔性调制电路中，电路通过整流桥把信号处理输出为led发光需要的电信号。

压电陶瓷的上下部银电极和微型电路的上下部焊盘既能保证两者的物理连接，还能用于传导电信号。

图4展示了调制电路的框架图。在本实施例中，超声传导到压电陶瓷上，压电陶瓷将超声信号转换为电信号，通过微型电路可以点亮LED，进行光动力治疗。

本实施例中，超声信号频率是500KHz，声强是0.06兆帕，将超声信号转换的压电信号，压电信号的电压幅值约8.5伏特，电流峰值为10毫安。

图5展示了本实施例应用于细胞模型上，首先进行实验分组，分为三组：

实验组1：不同浓度的光敏剂加入细胞。

实验组2：不同浓度的光敏剂加入细胞+微型电路点亮led照射细胞。

实验组3：微型电路点亮led照射细胞。

其中横坐标为光敏剂的浓度，纵坐标为细胞存活率，当光敏剂浓度为零时，即只有光照，是否有光照对细胞存活率影响不大；当光敏剂浓度大于零时，实验组2的细胞存活率都小于实验组1的细胞存活率，说明微颗粒光照+光敏剂的作用是大于光敏剂单独作用的效果的。

实验之后发现实验组2对于肿瘤细胞的杀伤力比实验组1和实验组3都要高，说明本装置能很好地联合光敏剂杀死肿瘤细胞。

Claims (1)

1.一种用于肿瘤治疗的无线植入式光动力微颗粒，其特征在于，所述微颗粒由微型电路和压电陶瓷组成；

其中所述微型电路包括：聚酰亚胺衬底(1-1)、顶部焊盘(1-2)、微型LED(1-3)、上下部连接桥(1-4)，底部焊盘(1-5)，整流桥(1-6)；聚酰亚胺衬底(1-1)分为顶部和底部；

所述压电陶瓷包括顶部银电极和底部银电极，圆柱状锆钛酸铅压电陶瓷(2-2)，银电极位于圆柱状锆钛酸铅压电陶瓷的顶部和底部；

顶部焊盘位于聚酰亚胺顶部衬底的内表面，底部焊盘位于聚酰亚胺底部衬底的内表面，分别与压电陶瓷顶部和底部的银电极通过导电焊膏进行连通，微型LED位于聚酰亚胺顶部衬底的外表面，与顶部焊盘进行电气连接，整流桥位于聚酰亚胺底部衬底的外表面，与底部焊盘进行电气连接，微型电路集成在聚酰亚胺衬底上并经过聚二甲基硅氧烷封装；

微型LED位于微颗粒的顶部，整流桥位于微颗粒的底部，整体略有凸起，上下部连接桥为两条铺有铜的聚酰亚胺，将微颗粒顶部电路和底部电路进行电气连接。