导电-压电水凝胶及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种导电

【技术实现步骤摘要】
导电
‑
压电水凝胶及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于生物电子医学设备
，具体涉及一种导电
‑
压电水凝胶及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]帕金森病(Parkinson's disease，PD)是常见的中老年神经系统退行性疾病，中国有超过200万以上的PD患者，其主要特征是运动迟缓、肢体僵硬和静止性震颤，并可伴有自主神经功能障碍和精神问题。药物是治疗PD疾病的主要手段，但是长期服药或者不科学的服药会带来很多副作用，并且药物的药效会越来越差。研究表明，帕金森病的病理特征为中脑黑质致密部的多巴胺能神经元退变和由前者引起的纹状体内多巴胺含量显著降低。这些病理改变导致基底神经核、丘脑、大脑皮层和脑干核团等多个脑区功能异常，从而导致帕金森病的运动障碍表现，严重情况下会给患者的日常生活、工作和社会交往带来不便。可控脑深部电刺激(Deep brain stimulation，DBS)是治疗神经系疾病诸如帕金森，阿尔兹海默症等相关疾病的新途径。DBS是一种安全、有效的神经调控技术，通过立体定位技术将电极植入脑内特定核团并给予高频电刺激，通过干预核团异常活动达到治疗目的。然而，产业化的脑起搏每3～5年需要反复手术更换电池，侵入性手术程序频，不仅有发炎的风险，还会给植入者带来巨大的经济负担。研究表明，一些无线神经刺激如电、磁场和超声刺激，作为一种有效的无线DBS自主神经调控方式，对早期帕金森、阿尔兹海默症患者等有明显改善作用。因此，探索新型物理刺激辅助治疗方法，阐明相关神经调控与治疗机制，具有重大意义。
[0003]最近的研究发现，低强度脉冲超声亦可以用于神经细胞、器官和脑组织等，可以发挥神经刺激作用，其工作机理是超声波作用在神经细胞膜上的机械敏感性离子通道，影响神经代谢和神经电位活动。研究者发现将高强度的超声作用于脊髓损伤的大鼠，可有效改善脊髓损伤后的炎症消退、神经保护和功能恢复。此外，超声波在人体的穿透深度深，可对脏器深部神经进行刺激，还具有无创、副作用小等优点，是一种有前途的神经刺激手段。然而，与传统植入式电刺激器相比，超声刺激治疗效果弱，定位精度不足且超声诱发神经刺激所需的功率较大，超声调控在神经调控领域也有很大的局限性。但是超声波定向性好、可在组织中传递能量，为声电转化提供潜在能量来源。声能向电能成功转换为实现声电联合刺激提供可行途径，可有效解决超声刺激强度弱和定位精度不足等问题。因此，在超声刺激下，一方面可实现超声波激发机械敏感性离子通道发挥超声刺激神经的作用，另一方面声波向电能转换，又可实现电刺激激发电压敏感性离子通道进一步刺激神经。然而，如何将超声波的机械能转化为电能是实现声电联合刺激的前提。近年来，压电材料越来越受到人们的关注，因为它可以在不需要外部源或植入电极的情况下，将周围的机械力转化为电信号，这些无线智能材料(压电材料)具有一种内在特性，即在微小的机械位移下可以产生不同的表面电荷。因此，寻找性能优异的压电材料是开发新型物理刺激辅助治疗方法的重要手段之一。

技术实现思路

[0004]本专利技术旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本专利技术的一个目的在于提出一种导电
‑
压电水凝胶及其制备方法和应用。该水凝胶具有优异的导电
‑
压电性能，且可注射、生物相容性好，其在生物电刺激、无线植入、生物医药或临床治疗中具有潜在的应用前景。
[0005]在本专利技术的一个方面，本专利技术提出了一种导电
‑
压电水凝胶。根据本专利技术的实施例，包括BZT
‑
BCT纳米材料和多巴胺
‑
PEDOT:PSS凝胶。
[0006]根据本专利技术上述实施例的导电
‑
压电水凝胶，包括BZT
‑
BCT纳米材料和多巴胺
‑
PEDOT:PSS凝胶，专利技术人发现，BZT
‑
BCT纳米材料具有优异的压电性能，若采用块状BZT
‑
BCT压电材料，其硬度大不适合于植入，而BZT
‑
BCT纳米材料体积小，可有效避免手术创伤，但BZT
‑
BCT纳米材料在组织内随体液随机流动，不够集中，从而产生的刺激作用不够明显；多巴胺和PEDOT:PSS可形成多巴胺
‑
PEDOT:PSS凝胶，一方面，该多巴胺
‑
PEDOT:PSS凝胶生物相容性好，有良好的流动性，可被挤压注射植入，易于操作，塑型方便，感染风险低，可以克服上述BZT
‑
BCT纳米材料在组织内随体液随机流动的问题，另一方面，多巴胺
‑
PEDOT:PSS凝胶具有良好的导电性，从而可以有效提高BZT
‑
BCT纳米材料和多巴胺
‑
PEDOT:PSS凝胶形成的水凝胶的超声响应性，进而将上述水凝胶注射在体内，其可以实时响应体外超声波产生交流电脉冲，从而直接刺激神经组织，促进神经生长、增殖、分化等。由此，该水凝胶具有优异的导电
‑
压电性能，且可注射、生物相容性好，其在生物电刺激、无线植入、生物医药或临床治疗中具有潜在的应用前景。
[0007]另外，根据本专利技术上述实施例的导电
‑
压电水凝胶还可以具有如下技术特征：
[0008]在本专利技术的一些实施例中，所述BZT
‑
BCT纳米材料与所述多巴胺
‑
PEDOT:PSS凝胶的质量比为(0.1
‑
5)：(50
‑
65)。由此，可以提高水凝胶的导电
‑
压电性能。
[0009]在本专利技术的一些实施例中，所述BZT
‑
BCT纳米材料包括多巴胺修饰的BZT
‑
BCT纳米材料。由此，可以提高BZT
‑
BCT纳米材料的分散性。
[0010]在本专利技术的一些实施例中，所述BZT
‑
BCT纳米材料的化学式为5Ba(Zr
0.2
Ti
0.8
)O3–
0.5(Ba
0.7
Ca
0.3
)TiO3。由此，可以提高水凝胶的导电
‑
压电性能。
[0011]在本专利技术的一些实施例中，所述BZT
‑
BCT纳米材料的制备方法包括：(1)将异丙醇钛、丙醇锆和异丙醇混合搅拌，再加入去离子水搅拌离心，以便得到Zr
0.1
Ti
0.9
O2·
8H2O凝胶；(2)将所述Zr
0.1
Ti
0.9
O2·
8H2O凝胶洗涤后分散到氢氧化钠溶液中，进行第一次高压水热反应，以便得到纳米线前驱体；(3)将所述纳米线前驱体、氢氧化钡溶液和氢氧化钙溶液混合超声后，进行第二次高压水热反应，以便得到BZT
‑
BCT纳米材料。由此，可以提高本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种导电
‑
压电水凝胶，其特征在于，包括BZT
‑
BCT纳米材料和多巴胺
‑
PEDOT:PSS凝胶。2.根据权利要求1所述的导电
‑
压电水凝胶，其特征在于，所述BZT
‑
BCT纳米材料与所述多巴胺
‑
PEDOT:PSS凝胶的质量比为(0.1
‑
5)：(50
‑
65)；任选地，所述BZT
‑
BCT纳米材料包括多巴胺修饰的BZT
‑
BCT纳米材料。3.根据权利要求1或2所述的导电
‑
压电水凝胶，其特征在于，所述BZT
‑
BCT纳米材料的化学式为5Ba(Zr
0.2
Ti
0.8
)O3–
0.5(Ba
0.7
Ca
0.3
)TiO3。4.根据权利要求3所述的导电
‑
压电水凝胶，其特征在于，所述BZT
‑
BCT纳米材料的制备方法包括：(1)将异丙醇钛、丙醇锆和异丙醇混合搅拌，再加入去离子水搅拌离心，以便得到Zr
0.1
Ti
0.9
O2·
8H2O凝胶；(2)将所述Zr
0.1
Ti
0.9
O2·
8H2O凝胶洗涤后分散到氢氧化钠溶液中，进行第一次高压水热反应，以便得到纳米线前驱体；(3)将所述纳米线前驱体、氢氧化钡溶液和氢氧化钙溶液混合超声后，进行第二次高压水热反应，以便得到BZT
‑
BCT纳米材料。5.根据权利要求4所述的导电
‑
压电水凝胶，其特征在于，步骤(1)和步骤(2)中，所述异丙醇钛、所述丙醇锆、所述异丙醇、所述去离子水和所述氢氧化钠溶液的体积比为(0.8
‑
1.2)：(0.12
‑
0.2)：(30
‑
40)：(0.5
‑
1.5)：(10
‑
25)；任选地，步骤(2)中，所述氢氧化钠溶液的浓度为5mol/L
‑
15mol/L；任选地，步骤(2)中，所述第一次高压水热反应的温度为200℃
‑
250℃，时间为20h
‑
25h；任选地，步骤(2)中，所述纳米线前驱体、所述氢氧化钡和所述氢氧化钙的质量比为(1
‑
1.5)：(3.3
‑

【专利技术属性】
技术研发人员：陈萍，
申请(专利权)人：中国科学技术大学先进技术研究院，
类型：发明
国别省市：