一种用于催化治疗的自供电系统及方法技术方案

本申请公开了一种用于催化治疗的自供电系统及方法，该系统包括：摩擦纳米发电机，用于产生交流脉冲电；第一电极，与摩擦纳米发电机的一端相连；第二电极，与摩擦纳米发电机的另一端相连，其中，第一电极与第二电极之间存在脉冲电场，且还放置有包含有纳米催化剂的导电水凝胶和含有细胞的生理缓冲液。基于本申请实施例提供的自供电系统对细胞进行催化治疗时，摩擦纳米发电机产生交流脉冲电场，在电场作用下使得细胞膜的通透性增强以及活性氧分子的大量产生，所产生的大量活性氧分子进入细胞，以达到杀伤细胞达到催化治疗的目的，实现电场增强的催化治疗。增强的催化治疗。增强的催化治疗。

【技术实现步骤摘要】
一种用于催化治疗的自供电系统及方法


[0001]本专利技术涉及催化治疗
，特别涉及一种用于催化治疗的自供电系统及方法。

技术介绍

[0002]医疗领域中，过量的活性氧分子产生作为一种高特异性、无创性的生物治疗途径，受到广泛关注。相关技术中多依靠纳米催化剂提高活性氧分子的催化效率。然而市面上的纳米催化剂多存在催化效率较低、催化动力学不理想的问题。其主要原因在于，纳米催化剂中的电子迁移率会显著影响催化效率，由于催化反应所需的能量较高，催化剂的电子迁移能力有限，从而导致发生相互作用的能力有限。电场刺激的施加能够在一定程度上提高纳米催化剂的催化活性。然而，传统的电场构建是通过外部电源来实现的，这导致在构建过程受到外部装置的限制，使治疗过程复杂化。

技术实现思路

[0003]本申请实施例提供一种用于催化治疗的自供电系统及方法，通过摩擦纳米发电机产生交流脉冲电场，使得细胞膜的通透性增强以及活性氧分子的大量产生，达到杀伤细胞达到催化治疗的目的，实现电场增强的催化治疗。
[0004]本申请实施例提供的技术方案相较于现有技术，至少具有以下优点：
[0005]第一点，本申请实施例通过摩擦纳米发电机自驱动电场的构建，以代替传统的外部设备供电，使整个系统实现自供电、小型化，节约成本、节能经济，同时也为可穿戴医疗提供了一种途径。
[0006]第二点，传统的电刺激治疗大多通过构建直流电场来施加外部刺激，然而直流电场的存在会使阴阳离子在正负两极发生氧化还原反应，从而导致电极周围pH值的急剧变化，而过酸过碱的环境会对组织造成极大的伤害。利用摩擦纳米发电机构建的交变脉冲电场，使得氧化还原反应在电极附近不断变化，从而维持了电极附近的pH，克服了传统电刺激治疗对电极周围组织的损伤，对组织的生物相容性更好。
[0007]第三点，通过摩擦纳米发电机电场的构建不仅实现了材料表面电荷的极化和积累，同时增加了材料内部的电子迁移率，降低了电子湮灭的效率，因此极大的提高了催化过程中的电子利用率和催化效率，同时细胞膜在电场的作用下，类脂双分子层发生瞬时混乱，膜的通透性增大，形成“穿孔”，有利于活性氧分子的进入，提高了催化治疗的效果。
[0008]第四点，导电水凝胶作为富含纳米催化剂的基体，不仅具有良好的生物相容性，同时为纳米催化剂提供良好的聚集和电子迁移平台。
[0009]第一方面，本申请实施例提供了一种用于催化治疗的自供电系统，所述系统包括：
[0010]摩擦纳米发电机，用于产生交流脉冲电；
[0011]第一电极，与所述摩擦纳米发电机的一端相连；
[0012]第二电极，与所述摩擦纳米发电机的另一端相连；
[0013]其中，所述第一电极与第二电极之间存在脉冲电场，所述第一电极与所述第二电极之间放置有包含纳米催化剂的导电水凝胶和含有细胞的生理缓冲液；所述细胞和所述纳米催化剂在所述交流脉冲电场的作用下进行催化治疗，以使所述纳米催化剂产生的活性氧分子进入所述细胞。
[0014]在一些可能的实施例中，所述摩擦纳米发电机为叉指式摩擦纳米发电机。
[0015]在一些可能的实施例中，所述叉指式摩擦纳米发电机包括：
[0016]固定部件，包括第一摩擦导电单元与第二摩擦导电单元，且所述第一摩擦导电单元包括由导电单体组成的第三电极，所述第二摩擦导电单元包括由导电单体组成的第四电极；
[0017]与所述固定部件相对应的滑动部件，包括摩擦单元；
[0018]其中，所述固定部件与所述滑动部件发生滑动摩擦，以使所述第三电极和所述第四电极产生电势差，得到所述交流脉冲电。
[0019]在一些可能的实施例中，所述固定部件还包括：
[0020]支撑层，所述支撑层贴合在所述摩擦导电单元的外侧，用于为所述摩擦导电单元提供支撑。
[0021]在一些可能的实施例中，所述第一电极和/或所述第二电极为银针电极；所述银针电极的预设长度区间为0.2～0.8厘米，预设优选长度为0.2厘米。
[0022]在一些可能的实施例中，所述纳米催化剂为纳米贵金属催化剂、单原子纳米催化剂、纳米碳催化剂和纳米过渡金属催化剂中的任一种，或多种组合。
[0023]在一些可能的实施例中，所述导电水凝胶为电子导电水凝胶，所述电子导电水凝胶的材料至少包括以下材料的任一种：
[0024]金属纳米材料、碳基材料以及导电高分子材料。
[0025]在一些可能的实施例中，所述第一电极与所述第二电极的预设间距区间为0.1～2厘米，预设优选间距为0.5厘米。
[0026]在一些可能的实施例中，所述生理缓冲液的预设细胞浓度区间为10～200万/毫升。
[0027]第二方面，本申请实施例还提供了一种催化治疗方法，应用于以上任一用于催化治疗的自供电系统，在所述脉冲电场的作用下，对所述细胞进行催化治疗，以使所述纳米催化剂产生的活性氧分子进入所述细胞。
[0028]本申请的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本申请而了解。本申请的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
附图说明
[0029]为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对本申请实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面所介绍的附图仅仅是本申请的一些实施例，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获得其他的附图。
[0030]图1为本申请实施例示出的一种用于催化治疗的自供电系统结构图；
[0031]图2为本申请实施例示出的叉指式摩擦纳米发电机示意图；
[0032]图3a为本申请实施例示出的交流脉冲电的开路电压示意图；
[0033]图3b为本申请实施例示出的交流脉冲电的短路电流示意图；
[0034]图4a为本申请实施例示出的共价有机框架纳米催化剂的扫描电镜图；
[0035]图4b为本申请实施例示出的纳米催化剂的透射电镜图和高分辨像；
[0036]图4c为本申请实施例示出的凝胶的扫描电镜图；
[0037]图4d为本申请实施例示出的透掺入纳米催化剂的扫描电镜图；
[0038]图5a为本申请实施例示出的不同刺激下4T1细胞的状态统计图；
[0039]图5b为本申请实施例示出的不同刺激下对4T1细胞的杀伤能力统计图；
[0040]图5c为本申请实施例示出的不同刺激下产生的荧光强度统计图；
[0041]图5d为本申请实施例示出的细胞膜电位荧光强度变化的统计图；
[0042]图6为本申请实施例示出的小鼠的肿瘤治疗情况的结果统计图；
[0043]图7为本申请实施例示出的催化治疗方法的处理流程图。
具体实施方式
[0044]下面将结合附图对本申请实施例中的技术方案进行清楚、详尽地描述。在本申请实施例的描述中，除非另有说明，“面将表示或的意思，例如，A/B可以本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于催化治疗的自供电系统，其特征在于，所述系统包括：摩擦纳米发电机，用于产生交流脉冲电；第一电极，与所述摩擦纳米发电机的一端相连；第二电极，与所述摩擦纳米发电机的另一端相连；其中，所述第一电极与第二电极之间存在脉冲电场，所述第一电极与所述第二电极之间放置有包含纳米催化剂的导电水凝胶和含有细胞的生理缓冲液；所述细胞和所述纳米催化剂在所述交流脉冲电场的作用下进行催化治疗，以使所述纳米催化剂产生的活性氧分子进入所述细胞。2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述摩擦纳米发电机为叉指式摩擦纳米发电机。3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述叉指式摩擦纳米发电机包括：固定部件，包括第一摩擦导电单元与第二摩擦导电单元，且所述第一摩擦导电单元包括由导电单体组成的第三电极，所述第二摩擦导电单元包括由导电单体组成的第四电极；与所述固定部件相对应的滑动部件，包括摩擦单元；其中，所述固定部件与所述滑动部件发生滑动摩擦，以使所述第三电极和所述第四电极产生电势差，得到所述交流脉冲电。4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述固定部件还包括：支撑层，所述支撑层贴合在所述摩擦导电单元的外侧，用于为所述摩擦导电单元提供...

【专利技术属性】
技术研发人员：李琳琳，姚顺成，王中林，
申请(专利权)人：北京纳米能源与系统研究所，
类型：发明
国别省市：