本发明涉及一种植入式供能器件。特别是涉及一种共形的生物可降解植入式柔性供能器件及其制备方法。
背景技术：
近几年，随着新技术、新工艺、新材料等方面的快速发展，植入式医疗器械不断突破技术瓶颈，越来越多的微/纳米植入式医疗器械被应用于人体。这些微/纳米植入式医疗器械可用来连续的监测人体生理健康状态，以提供病症变化趋势从而有助于疾病的治疗；也可以用来精确的治疗特定部位的疾病等。在这些微/纳米植入式医疗器械中，有一类被称之为可生物降解的器件近年来受到社会各界的广泛关注。该类器件可以在人体中工作一段时间后自行分解，随着人体的生理循环而排出体外，其好处在于对人体无害且无需二次手术提取出来。
受到目前的技术水平的限制，这些可生物降解的微/纳米植入式医疗器械大多是利用电能进行工作的，然而，对于给植入式器件进行体内供电到目前为止仍然是一项挑战。有研究人员采用可降解的无线射频能量传输模块进行供能，但是该方法首先需要一个外部的能量供给源，其次存在能量传输方向的限制和低的能量传输效率的问题。也有研究人员通过能源收集器收集人体运动的机械能然后再转化为电能的方式，然而该方法需要将器件植入特定的长期运动部位，如心脏等，这限制了器件的使用范围。更主要的是，受到材料科学发展的限制，目前的这些方法所利用的植入式供能器件都不是完全可降解的，仍然需要二次手术进行取出。相比之下，我们提出的共形的生物可降解植入式柔性供能器件，能量传输效率高，能与各种形状的植入式器件共形结合，不受植入位置的限制，能完全生物降解，可用于解决可生物降解的微/纳米植入式医疗器械的能源供应问题。
技术实现要素：
本发明所要解决的技术问题是，提供一种可以用于给任意形状的微/纳米植入式医疗器械供能的共形的生物可降解植入式柔性供能器件及其制备方法。
本发明所采用的技术方案是：一种共形的生物可降解植入式柔性供能器件，用于给埋设在体内的微/纳米植入式医疗器械提供电能，包括有柔性基底层，分别设置在所述柔性基底层上的柔性供能器件负极和柔性供能器件正极，所述的柔性供能器件负极和柔性供能器件正极通过与人体生物组织液中的葡萄糖和氧气的氧化还原反应获得电能，所述的柔性供能器件负极和柔性供能器件正极上分别引出用于连接埋设在体内的微/纳米植入式医疗器械进行供电的负极引线和正极引线。
所述的柔性供能器件负极包括有由下至上依次设置在所述柔性基底层上的能够生物降解的负极电极层、能够生物降解的四氧化三铁和葡萄糖氧化酶分子层和能够生物降解的负极壳聚糖薄膜层，所述负极引线一体形成在负极电极层的一侧边。
所述的柔性供能器件正极包括有由下至上依次设置在所述柔性基底层上的能够生物降解的正极电极层、能够生物降解的四氧化三铁和漆酶分子层和能够生物降解的正极壳聚糖薄膜层，所述正极引线一体形成在正极电极层的一侧边。
所述的柔性基底层采用能够完全生物降解的聚乳酸或聚乙烯醇或聚己内酯或聚丁二酸丁二醇酯材料。
所述负极电极层、正极电极层、负极引线和正极引线采用铝掺杂氧化锌或镁掺杂氧化锌或锌或镁能够完全生物降解的导电材料。
一种共形的生物可降解植入式柔性供能器件的制备方法，包括如下工艺过程：
1)加工柔性基底层：将柔性基底材料颗粒融入二氯甲烷中形成均匀的溶液，提取设定量的溶液置于平板上，用涂覆棒将溶液均匀的涂覆在平板上，待溶液中的二氯甲烷完全蒸发，即得到柔性基底层；
2)利用喷墨打印系统将导电墨水按照负极电极层和正极电极层的图案分别打印在做好的pla柔性基底层上，包括分别对应打印出负极引线和正极引线，然后加热使电极退火完成，即完成负极电极层和正极电极层以及负极引线和正极引线的加工；
3)将四氧化三铁纳米颗粒墨水和葡萄糖氧化酶墨水打印在负极电极层上构成四氧化三铁和葡萄糖氧化酶分子层，然后滴上壳聚糖溶液构成负极壳聚糖薄膜层，风干后即完成柔性供能器件负极的制备；
4)将四氧化三铁纳米颗粒墨水和漆酶墨水打印在正极电极层上构成四氧化三铁和漆酶分子层，然后滴上壳聚糖溶液构成正极壳聚糖薄膜层，风干后即完成柔性供能器件正极的制备，从而完成共形的生物可降解植入式柔性供能器件的制备。
步骤1)所述的平板是不与二氯甲烷反应的聚丙烯板或玻璃板或不锈钢板或铝板。
所述的柔性基底材料是采用能够完全生物降解的聚乳酸或聚乙烯醇或聚己内酯或聚丁二酸丁二醇酯材料。
所述的负极电极层和正极电极层以及负极引线和正极引线采用铝掺杂氧化锌或镁掺杂氧化锌或锌或镁能够完全生物降解的导电材料。
本发明的共形的生物可降解植入式柔性供能器件及其制备方法，具有如下优点：
1、供能器件制作在聚乳酸(polylacticacid：pla)薄膜基底上，组成能源器件的壳聚糖薄膜、pla都是柔性材料，具有一定的抗弯曲和抗拉伸的功能，能够与其他植入式器件共形，可以用于给任意形状的微/纳米植入式医疗器械供能。
2、供能器件的能源来源于体内组织液中的葡萄糖和氧气的氧化还原反应，由于体内组织液中的葡萄糖浓度相对稳定且葡萄糖源源不断，故能长时间稳定供能，而且不受植入位置的限制。
3、供能器件的能源来源于体内组织液中的葡萄糖和氧气的氧化还原反应，这种基于葡萄糖的能源相比其他能源器件，能量传输效率高，而且不需要外界能源激发。
4、供能器件的所有组成材料包括pla、铝掺杂氧化锌、四氧化三体纳米颗粒、葡萄糖氧化酶、漆酶和壳聚糖都是可生物降解材料，故而构成的供能器件能够完全生物降解，避免了二次手术取出的问题。
附图说明
图1是本发明共形的生物可降解植入式柔性供能器件的使用状态示意图；
图2是本发明共形的生物可降解植入式柔性供能器件的结构示意图；
图3是本发明中柔性供能器件负极的结构示意图；
图4是本发明中柔性供能器件正极的结构示意图。
图中
1：人体生物组织2：微/纳米植入式医疗器械
3：共形的生物可降解植入式柔性供能器件
4：柔性供能器件负极5：柔性供能器件正极
6a：负极壳聚糖薄膜层6b：正极壳聚糖薄膜层
7：四氧化三铁和葡萄糖氧化酶分子层8：四氧化三铁和漆酶分子层
9a：负极电极层9b：正极电极层
10：柔性基底层11：负极引线
12：正极引线
具体实施方式
下面结合实施例和附图对本发明的共形的生物可降解植入式柔性供能器件及其制备方法做出详细说明。
本发明的共形的生物可降解植入式柔性供能器件，主要由自下而上的柔性基底层、基底电极层、纳米颗粒和酶分子层以及壳聚糖薄膜层构成；所述基底电极层与所述壳聚糖薄膜层间固化有四氧化三铁纳米颗粒和漆酶分子层，固化后构成原电池正极；所述基底电极层与所述壳聚糖薄膜层间固化有四氧化三铁纳米颗粒和葡萄糖氧化酶分子层，固化后构成原电池负极。所述柔性基底层为聚乳酸薄膜层。所述基底电极层为铝掺杂氧化锌电极。
本发明的共形的生物可降解植入式柔性供能器件，如图1所示，是用于给埋设在体内的微/纳米植入式医疗器械2提供电能。本发明共形的生物可降解植入式柔性供能器件3为植入人体生物组织1的微/纳米植入式医疗器械2供能，共形的生物可降解植入式柔性供能器件3可以与任意形状的微/纳米植入式医疗器械2共形，从而为其提供稳定的电能。本发明的共形的生物可降解植入式柔性供能器件具有柔性共形、能量传输效率高、可完全生物降解以及不受植入位置限制的优点，可用于给微/纳米植入式医疗器械供能。
具体结构如图2所示，包括有柔性基底层10，分别设置在所述柔性基底层10上的柔性供能器件负极4和柔性供能器件正极5，所述的柔性供能器件负极4和柔性供能器件正极5通过与人体生物组织1液中的葡萄糖和氧气的氧化还原反应获得电能，所述的柔性供能器件负极4和柔性供能器件正极5上分别引出用于连接埋设在体内的微/纳米植入式医疗器械2进行供电的负极引线11和正极引线12。
所述的柔性基底层10采用采用能够完全生物降解的聚乳酸(pla)或聚乙烯醇(pha)或聚己内酯(pcl)或聚丁二酸丁二醇酯(pbs)等材料。
如图3所示，所述的柔性供能器件负极4包括有由下至上依次设置在所述柔性基底层10上的能够生物降解的负极电极层9a、能够生物降解的四氧化三铁和葡萄糖氧化酶分子层7和能够生物降解的负极壳聚糖薄膜层6a，所述负极引线11一体形成在负极电极层9a的一侧边。
如图4所示，所述的柔性供能器件正极5包括有由下至上依次设置在所述柔性基底层10上的能够生物降解的正极电极层9b、能够生物降解的四氧化三铁和漆酶分子层8和能够生物降解的正极壳聚糖薄膜层6b，所述正极引线12一体形成在正极电极层9b的一侧边。
所述负极电极层9a、正极电极层9b、负极引线11和正极引线12采用铝掺杂氧化锌或镁掺杂氧化锌或锌或镁能够完全生物降解的导电材料。
本发明中的共形的生物可降解植入式柔性供能器件的工作过程是，将供能器件共形的贴附于植入式微/纳米植入式医疗器械的表面，用少量铝掺杂氧化锌墨水将电极与器件供电输入端粘接在一起，植入人体组织中一起工作。产生能量是通过两个电极间的氧化还原反应，在原电池的负极，生物组织液中的葡萄糖分子被葡萄糖氧化酶氧化生成二氧化碳和水；在这个过程中，葡萄糖分子分解成为过氧化氢，四氧化三铁纳米颗粒用来催化分解过氧化氢，避免过氧化氢影响葡萄糖氧化酶的活性，同时该纳米颗粒也用于增强电子传递效率。在原电池的正极，生物组织液中的氧气被漆酶还原为水，四氧化三铁纳米颗粒用于增强电子传递效率。电子由原电池的负极转移到正极。于是，在外接微/纳米植入式医疗器械电源输入的两端就产生电动势。
工作一段时间后，该共形的生物可降解植入式柔性供能器件即可与可降解植入式微/纳米医疗器械一起被机体降解，避免了二次手术取出的问题。
本发明的共形的生物可降解植入式柔性供能器件的制备方法，包括如下工艺过程：
1)加工pla柔性基底层：将柔性基底材料颗粒融入二氯甲烷中形成均匀的溶液，提取设定量的溶液置于平板上，用涂覆棒将溶液均匀的涂覆在平板上，待溶液中的二氯甲烷完全蒸发，即得到pla柔性基底层；所述的平板是不与二氯甲烷反应的聚丙烯板或玻璃板或不锈钢板或铝板等。所述的柔性基底材料是采用能够完全生物降解的聚乳酸或聚乙烯醇或聚己内酯或聚丁二酸丁二醇酯材料。
2)利用喷墨打印系统(也可以是其他打印工艺)将铝掺杂氧化锌墨水按照负极电极层和正极电极层的图案分别打印在做好的pla柔性基底层上，包括分别对应打印出负极引线和正极引线，然后在100℃下加热一小时使退火完成，即完成负极电极层和正极电极层以及负极引线和正极引线的加工；
3)将四氧化三铁纳米颗粒墨水和葡萄糖氧化酶墨水打印在负极电极层上构成四氧化三铁和葡萄糖氧化酶分子层，然后滴上壳聚糖溶液构成负极壳聚糖薄膜层，风干后即完成柔性供能器件负极的制备；
4)将四氧化三铁纳米颗粒墨水和漆酶墨水打印在正极电极层上构成四氧化三铁和漆酶分子层，然后滴上壳聚糖溶液构成正极壳聚糖薄膜层，风干后即完成柔性供能器件正极的制备，从而完成共形的生物可降解植入式柔性供能器件的制备。
所述的负极电极层和正极电极层以及负极引线和正极引线采用铝掺杂氧化锌或镁掺杂氧化锌或锌或镁能够完全生物降解的导电材料。
本发明公开和揭示的所有组合可以通过借鉴本文公开内容产生，尽管本发明的组合已通过详细实施过程进行了描述，但是本领域技术人员明显能在不脱离本发明内容、精神和范围内对本发明所述的装置进行拼接或改动，或增减某些部件，更具体地说，所有相类似的替换和改动对本领域技术人员来说是显而易见的，他们都被视为包括在本发明精神、范围和内容之中。