一種神經電極及其制備方法與流程

本實用新型屬于生物醫用工程領域，尤其涉及一種三維多孔石墨烯柔性神經電極及其制備方法。

背景技術：

神經活動的基本功能單位神經元具有接受刺激和傳導沖動興奮的功能，電刺激療法通過在神經電極上施加適當波形和頻率的電信號刺激直接接觸的神經組織，激活神經元活動，從而改善神經系統的功能障礙。心臟起搏器是植入于體內的電子治療儀器，通過脈沖發生器輸出由電池提供能量的電脈沖，通過導線電極的傳導，刺激電極所接觸的心肌，使心臟激動和收縮，從而達到治療某些心律失常所致的心臟功能障礙。

傳統金屬絲電極如鉑、金、鈦等，雖然已經有了長足的發展，但仍面臨著以下的問題：(1)剛性的電極材料與軟組織的機械性能差異大，難以實現與軟組織的有效融合；(2)電荷注入效率差；(3)生物相容性差。發展新型電極材料對植入式神經電極的臨床應用有著重大意義。

有鑒于上述的缺陷，本設計人，積極加以研究創新，以期創設一種神經電極及其制備方法，使其更具有產業上的利用價值。

技術實現要素：

為解決上述技術問題，本實用新型的目的是提供一種電荷注入效率高、生物相容性好的神經電極。

本實用新型的一種神經電極，包括電流發生裝置、第一電極和第二電極，所述電流發生裝置分別通過導電金屬絲與所述第一電極和第二電極相連接，所述第一電極和第二電極中至少一個為石墨烯電極；石墨烯電極為圓盤狀或者長條狀。

進一步的，所述石墨烯電極為三維多孔石墨烯電極。

進一步的，所述導電金屬絲外設有絕緣的保護套。

更進一步的，所述保護套材質為硅膠或聚氨酯，且其厚度在0.5-3mm之間

進一步的，所述導電金屬絲為銀絲或銅絲，優選銀絲。

進一步的，所述導電金屬絲通過導電膠和三維多孔石墨烯電極連接，優選銀膠。

進一步的，所述三維多孔石墨烯電極設有保護基板。

更進一步的，所述保護基板由聚合物材料構成，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，優選PDMS。

更進一步的，所述保護基板的厚度為0.1-2mm。

更進一步的，所述三維多孔石墨烯電極與所述保護基板的厚度比為1:0.25-4。

本實用新型的神經電極的制備方法，包括以下步驟：

(1)將三維多孔石墨烯電極通過導電膠和導電金屬絲粘接，并使導電膠完全固化；

(2)將導電金屬絲和三維多孔石墨烯電極的連接部分浸泡在聚合物溶液中，使聚合物固化，制得保護基板；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，優選PDMS；

(3)將帶有保護基板的三維多孔石墨烯電極和另一電極分別通過導電金屬絲與電流發生裝置連接，制得神經電極。

石墨烯作為繼富勒烯和碳納米管發現之后的又一種新型碳同素異形體，具有獨特的原子結構和電子結構，使得其表現出傳統材料所不具有的多種非凡性能，如超大的理論比表面積、良好的導電導熱性、優良的力學性能、柔韌性和彈性(近20％的伸展率)、光學性能和生物相容性等特點。而三維多孔石墨烯保留了二維石墨烯優越的內在屬性，具有更高的比表面積和表面化學修飾能力。因而，構建基于三維多孔石墨烯泡沫的神經電極，施展電刺激，治療疾病，進而改善病人生活質量，具有非常高的經濟價值。

借由上述方案，本實用新型至少具有以下優點：

本實用新型提供一種三維多孔石墨烯柔性神經電極及其制備方法，該神經電極包括三維多孔石墨烯電極，可對組織器官的局部區域施加電刺激；該神經電極具有高比表面積的三維網絡結構，質地柔軟，穩定性好，能經受反復按壓折疊，可卷曲使用；具有極高的電荷注入效率；用于電刺激心臟、神經等組織器官，可促進神經細胞的電刺激修復，繼而促進神經功能修復；生物相容性好，表面培養神經細胞，細胞存活率高；體內穩定性好。

上述說明僅是本實用新型技術方案的概述，為了能夠更清楚了解本實用新型的技術手段，并可依照說明書的內容予以實施，以下以本實用新型的較佳實施例并配合附圖詳細說明如后。

附圖說明

圖1是本實用新型的結構示意圖；

圖2為本實用新型中三維多孔石墨烯電極和保護基板的結構示意圖。

具體實施方式

下面結合附圖和實施例，對本實用新型的具體實施方式作進一步詳細描述。以下實施例用于說明本實用新型，但不用來限制本實用新型的范圍。

參見圖1和圖2，本實用新型一較佳實施例所述的一種神經電極，包括電流發生裝置1、第一電極3和第二電極31，所述電流發生裝置1分別通過導電金屬絲2與所述第一電極3和第二電極31相連接，所述第一電極3和第二電極31中至少一個為石墨烯電極；石墨烯電極為圓盤狀或者長條狀。

為了增大比表面積，提高電荷注入率和穩定性，所述石墨烯電極為三維多孔石墨烯電極4。

為了避免安全隱患，所述導電金屬絲2外設有絕緣的保護套5。

優選的，所述保護套5材質為硅膠或聚氨酯，且其厚度在0.5-3mm之間。

優選的，所述導電金屬絲2為銀絲或銅絲，優選銀絲。

優選的，所述導電金屬絲2通過導電膠和三維多孔石墨烯電極4連接，優選銀膠。

為了支撐三維多孔石墨烯電極4，保護導電金屬絲2-銀膠-三維多孔石墨烯電極4的導電連接面，所述三維多孔石墨烯電極4設有保護基板6。

優選的，所述保護基板6由聚合物材料構成，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，優選PDMS。

優選的，所述保護基板6的厚度為0.1-2mm。

所述三維多孔石墨烯電極4厚度太大，導致不夠柔軟，重量大，使用性能不佳；太薄則不結實，不能完全屏蔽保護基板6接觸組織，因此，所述三維多孔石墨烯電極4與所述保護基板6的厚度比為1:0.25-4。

實施例1：神經電極的制備

包括以下步驟：

(1)通過銀膠將三維多孔石墨烯電極4和銀絲粘接，并加熱至70℃使銀膠完全固化，三維多孔石墨烯電極4厚度為0.5mm；

(2)將銀絲和三維多孔石墨烯電極4的連接部分浸泡在PDMS溶液中，抽真空除去混合液中的氣泡，于70℃保溫6h使PDMS固化，制得保護基板6，厚度為2mm；

(3)將帶有保護基板6的三維多孔石墨烯電極4和金屬鈦電極分別通過銀絲與電流發生裝置1連接，制得神經電極。

實施例2：神經電極的制備

包括以下步驟：

(1)通過銀膠將三維多孔石墨烯電極4和銅絲粘接，并加熱至50℃使銀膠完全固化，三維多孔石墨烯電極4厚度為2mm；

(2)將銅絲和三維多孔石墨烯電極4的連接部分浸泡在PDMS溶液中，抽真空除去混合液中的氣泡，于100℃保溫1h使PDMS固化，制得保護基板6，厚度為0.5mm；在PDMS固化前，可以將一個心形模具輕輕壓在石墨烯表面，使其產生心形形變，待PDMS完全固化后，得到凹陷的電極，以更好的與心臟區域貼合；

(3)將帶有保護基板6的三維多孔石墨烯電極4和金屬鉑電極分別通過銅絲與電流發生裝置1連接，制得神經電極。

實施例3：神經電極的制備

包括以下步驟：

(1)通過銀膠將三維多孔石墨烯電極和銀絲粘接，并加熱至60℃使銀膠完全固化，三維多孔石墨烯電極4厚度為1mm；

(2)將銀絲和三維多孔石墨烯電極4的連接部分快速浸泡在聚氨酯溶液中，抽真空除去混合液中的氣泡，室溫放置24h，使得聚氨酯固化，所得保護基板6厚約1mm。

(3)將帶有保護基板6的三維多孔石墨烯電極4和金屬金電極分別通過銀絲與電流發生裝置1連接，制得神經電極。

實施例4：神經電極的制備

包括以下步驟：

(1)通過銀膠將兩個三維多孔石墨烯電極分別和銀絲粘接，并加熱至60℃使銀膠完全固化，三維多孔石墨烯電極4厚度為1mm；

(2)將其中一個銀絲和三維多孔石墨烯電極4的連接部分浸泡在聚丙烯酸的預聚體溶液中，抽真空除去混合液中的氣泡，紫外光(10W)下照射6h，使得聚丙烯酸固化，所得保護基板6厚約1mm；

(3)將帶有保護基板6的三維多孔石墨烯電極4和另一個三維多孔石墨烯電極分別通過銀絲與電流發生裝置1連接，制得神經電極。

本實用新型的工作原理如下：

將制得的三維多孔石墨烯柔性神經電極應用在心臟起搏器中，三維多孔石墨烯柔性神經電極的其中一個電極為三維多孔石墨烯電極4，另一個電極為金屬鈦電極，將三維多孔石墨烯電極4植入人體心臟內用于向心臟發出的電脈沖，刺激心臟跳動；其中，金屬鈦電極中的金屬鈦也可為金屬鉑或金，金屬鈦電極也可以為三維多孔石墨烯電極4。

制得的三維多孔石墨烯柔性神經電極還可以纏繞在神經上使用，典型使用過程如下：手術剝出神經，然后將長條狀的三維多孔石墨烯電極4輕輕纏繞神經上，手術盡量輕柔以避免石墨烯破碎，繼而縫合切開的組織。

經測試，使用三維多孔石墨烯柔性神經電極的效果為：單位面積電荷注入量是傳統電極的3-100倍；表面培養神經細胞，細胞存活率高于90％；石墨烯端面可以卷曲使用；經受100次卷曲后，電阻變化小于50％；植入體內后，3個月內，電阻率變化低于200％。

以上所述僅是本實用新型的優選實施方式，并不用于限制本實用新型，應當指出，對于本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本實用新型技術原理的前提下，還可以做出若干改進和變型，這些改進和變型也應視為本實用新型的保護范圍。