专利名称：一种新型压电人工耳蜗的制作方法
技术领域：
本发明属于生物材料和医疗器械领域，具体涉及一种人工听觉器官压电型人工耳 蜗的植入新方法。
背景技术：
2006年全国残疾人抽样调查数据显示，我国听力残疾人数达到2780万，其中相当 比例为感音神经性耳聋。感音神经性耳聋绝大部分源于内耳毛细胞的损伤，导致不能将声 信号转换为电信号。由于感音神经性耳聋的听神经纤维大多是完好的，同时其听觉中枢系 统也多为正常，因此通过电信号刺激可实现电听觉。自二十世纪60年代以来，电子耳蜗的 出现和不断发展，使感音神经性耳聋患者看到了曙光。电子耳蜗首先通过麦克风将接受到 的声音信号经体外装置处理转变成电信号，再利用电磁效应将该信号传入内耳，然后通过 植入内耳的电极直接刺激听神经纤维而产生听觉，电子型人工耳蜗在治疗感音神经性耳聋 方面已经取得了巨大的成功，但因其价格昂贵、结构复杂，外置设备体积较大、多导电极同 时送电产生电场干扰等缺点，至今仍无法普及。压电型人工耳蜗完全不同于电子耳蜗，它是将压电材料直接植入耳蜗，利用材料 特有的压电效应接收淋巴液振动能量，直接将声信号转换成电信号，刺激听神经产生电听 觉。压电型人工耳蜗的概念在提出之后，其可行性已经得到了很多动物实验的证实，并且在 前期实验中也探索出了植入内耳耳蜗的最佳位置为卵圆窗附近鼓阶中内侧贴于螺旋缘蜗 神经表面处，在该处可获得91. 7%的成功率。然而内耳耳蜗的振动非常微弱，因此压电材料 可转换的能量有限，不能满足重度聋耳听力改善对材料性能提出的苛刻要求。
发明内容
本发明的目的在于改善压电型人工耳蜗的植入效果，提供一种新型的压电型人工 耳蜗及其植入方法。与现有压电型人工耳蜗不同的是，本发明采用压电双晶片作为压电型 人工耳蜗的植入候选材料，利用中耳的振动能量驱动压电双晶片产生电信号，从而达到刺 激听神经产生电听觉的目的。本发明采用的技术方案是一种压电型人工耳蜗，其特征在于，所述人工耳蜗由两 个压电双晶片相接形成V字形结构；且其表面除一个双晶片的端部(远离两片双晶片相接 处的一端)有部分裸露外，其余表面均涂有有机涂层。所述压电双晶片由三层薄片粘结而成，上下两层为压电陶瓷薄片，中间层为合金 薄片。较佳的，所述压电陶瓷薄片为锆钛酸铅(PZT)压电陶瓷薄片，如中国科学院上海 硅酸盐研究所研制而成的型号为S7000高性能PZT压电陶瓷。该PZT压电陶瓷材料采用传 统的电子陶瓷工艺制备，以PWrO3-PbTiO3 二元系压电材料为基，采用Ba、Sr、Ca、Mg进行A 位复合取代，Nb进行B位取代而成。其主要性能参数为介电常数ε ^ 7000 ；压电应变常 数d33彡880pC/N ；机电耦合系数kp彡0. 68 ；介电损耗tg δ ^ 2.2% ；横向压电应变常
3数d31 ^ -388pC/N ；横向压电电压常数g31 ^ -6. 26 ；横向机电耦合系数k31 ^ 0. 42 ；居里 温度=Tc 134°C。较佳的，所述压电陶瓷薄片的厚度为0. 07-0. 2mm。较佳的，所述合金薄片为弹性良好的铜合金薄片，如铜镍合金薄片。较佳的，所述合金薄片的厚度为25-35 μ m。较佳的，所述两个压电双晶片通过有机胶水粘结，所述有机胶水为氰基丙烯酸酯 胶粘剂，如可以选用Permabond公司生产的快干胶系列。较佳的，所述有机涂层的厚度为10_50μπι。本发明采用有机涂层涂覆整个V字型结构的两个双晶片目的在于，减少双晶片电 极(裸露部分的双晶片)的暴露面积，起到绝缘作用，从而减少整个结构的漏电流，提高压 电型人工耳蜗的能量利用效率。本发明中所述的有机涂层，可以由本领域内常规使用的各 种绝缘胶、绝缘漆等具有良好电绝缘性能的材料，经旋涂、喷涂、淋涂等常规涂膜方法制成。较佳的，所述裸露部分的面积占人工耳蜗总面积的20-25%。本发明所采用的压电双晶片呈条状，其大小以及两片双晶片间的夹角可根据被 植入的生物体来进行确定。如对于实验动物猫来说，压电双晶片的厚度为0.3mm、宽度为 1. 0mm、长度为4. 0mm，且两片间的夹角为90°时较好。本发明所提供的上述人工耳蜗的植入方法为打开实验动物猫聋耳卵圆窗，打开 鼓阶，将一侧露出电极的双晶片从卵圆窗插入鼓阶，另一个双晶片的尾端(所述两片双晶 片相接处的一端)用有机胶水粘接在中耳砧骨上，这样可以有效的利用中耳的振动能量激 发压电双晶片产生电信号，通过植入内耳的双晶片电极将这些电信号传输至螺旋缘蜗神经 表面。本发明提供的压电型人工耳蜗是利用压电材料特有的声电转换性能，模拟耳蜗毛 细胞的换能功能，将声能转换为电能，刺激听神经，产生听觉。与电子型人工耳蜗相比具有 价格低廉，使用方便，结构简单，体积微小，无需供电等优势；与前期压电型人工耳蜗的形态 和植入方法相比，本发明采用的全新的人工耳蜗形态和全新的植入方法，这些措施能有效 的利用中耳振动能量，转换得到的电信号可以刺激听神经，产生听觉。
具体实施例方式下面结合实施例进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明，而非 限制本发明的范围。实施例1人工耳蜗的制备本发明采用由中国科学院上海硅酸盐研究所研制而成的S7000高性能压电陶瓷 制成压电双晶片。该PZT陶瓷材料以PWrO3-PbTiO3 二元系压电材料为基，采用Ba、Sr、Ca、 Mg进行A位复合取代，Nb进行B位取代而成。其制备过程为将按化学计量比配制的原料 在高效振动球磨机中混合均勻，电炉炉中于850°C的高温下合成2小时；再将合成的PZT置 于高效球磨机中球磨8小时成粉料，经干压成型、高温烧结、烧银电极、高压极化等工序加 工成0. 135mm厚度的压电陶瓷薄片。主要的性能参数为介电常数ε 7000 ；压电应变 常数d33彡880pC/N ；机电耦合系数kp彡0. 68 ；介电损耗tg δ ^ 2.2% ；横向压电应变 常数d31 ^ -388pC/N ；横向压电电压常数g31 ^ -6. 26 ；横向机电耦合系数k31 0. 42 ；居
4里温度Tc 134°C。在两片压电陶瓷薄片之间粘结30 μ m厚度的弹性良好的铜镍合金薄片，制成 0. 3mm厚度的对称型陶瓷双晶片，再切割成宽度1. 0mm、长度为4. Omm的条状压电双晶片。取该条状压电双晶片两个，将两个双晶片较窄的边用有机胶水(Permabond 940) 粘接呈V字形，具体为将一个双晶片的断面和另外一个双晶片的表面边缘粘起来，两个双 晶片间的夹角为90°。采用有机绝缘胶(道康宁DC1-2577)涂覆整个V字形结构的两个双 晶片，其中一个双晶片露出头部(远离两片双晶片相接处的一端)的电极；裸露部分的面积 约占人工耳蜗总面积的20-25%，双晶片上涂覆的涂层的厚度为10-50μπι。这就是动物实 验的备选植入体。实施例2聋耳猫植入实验实验对象实施例1所制得的人工耳蜗。植入对象致聋猫耳，5例致聋采用卡那霉素与速尿注射液卡那霉素剂量为300mg/kg ；速尿注射液用量为 100mg/kg。注射后对猫进行皮下注射麻醉，麻醉过后测试所有猫耳的ABR，筛选出即刻听阈值 大于等于85dBSPL的聋猫。植入方法打开实验动物猫聋耳卵圆窗，打开鼓阶，将一侧露出电极的双晶片从卵 圆窗插入鼓阶，另一个双晶片的尾端用有机胶水粘接在中耳砧骨上即可。测试方法采用Bio-logic System Corp.公司的听性脑干反应(ABR)测试仪，系 统软件采用该公司开发的Auditory Evoked Potentials (AEP，Version6. 2. 0)软件。选择 click音为刺激测试音，声强以5dBSPL为步长。实验结果见表1。表 1
即刻听阈值(dBSPL) 本发明中的新型压电型人工耳蜗经5例聋耳猫植入实验，结果显示所有的聋耳猫 的即刻听阈下降都大于5dBSPL，这证明我们的新型压电耳蜗的设计和植入方法在原理上是 可行的；随着植入时间的推移，这种听阈下降的效果也呈现越来越强的趋势。
权利要求
一种压电型人工耳蜗，其特征在于，所述人工耳蜗由两个压电双晶片相接形成V字形结构；且其表面除一个双晶片的端部有部分裸露外，其余表面均涂有有机涂层。
2.如权利要求1所述的压电型人工耳蜗，其特征在于，所述压电双晶片由三层薄片粘 结而成，上下两层为压电陶瓷薄片，中间层为合金薄片。
3.如权利要求2所述的压电型人工耳蜗，其特征在于，所述压电陶瓷薄片为锆钛酸铅 压电陶瓷薄片。
4.如权利要求2或3所述的压电型人工耳蜗，其特征在于，所述压电陶瓷薄片的厚度为 0. 07-0. 2mm。
5.如权利要求2所述的压电型人工耳蜗，其特征在于，所述合金薄片为铜合金薄片。
6.如权利要求2或5所述的压电型人工耳蜗，其特征在于，所述合金薄片的厚度为 25-35 μ m0
7.如权利要求1所述的压电型人工耳蜗，其特征在于，所述两个压电双晶片通过有机 胶水粘结。
8.如权利要求7所述的压电型人工耳蜗，其特征在于，所述有机胶水为氰基丙烯酸酯 胶粘剂。
9.如权利要求1所述的压电型人工耳蜗，其特征在于，所述裸露部分的面积占人工耳 蜗总面积的20-25%。
10.如权利要求1_3、5或7-9中任一权利要求所述的压电型人工耳蜗，其特征在于，所 述有机涂层的厚度为10-50 μ m。
全文摘要
本发明属于生物材料和医疗器械领域，提供了一种压电型人工耳蜗，其特征在于，所述人工耳蜗由两个压电双晶片相接形成V字形结构；且其表面除一个双晶片的端部有部分裸露外，其余表面均涂有有机涂层。本发明采用压电双晶片作为压电型人工耳蜗的植入候选材料，利用中耳的振动能量驱动压电双晶片产生电信号，从而达到刺激听神经产生电听觉的目的。与电子型人工耳蜗相比价格低廉，使用方便，结构简单，体积微小，无需供电，便于广泛推广使用；与前期直接植入鼓阶的压电耳蜗相比，能有效的采集中耳振动的能量。本发明为压电型人工耳蜗的设计提供了新思路和新方法。
文档编号A61F2/18GK101912327SQ201010289460
公开日2010年12月15日 申请日期2010年9月21日 优先权日2010年9月21日
发明者曹菲, 王根水, 董显林, 郭少波 申请人:中国科学院上海硅酸盐研究所