一种非电源嵌入式电刺激自供电复合材料的研究

发布时间：2018-11-16 17:21

【摘要】：磁场可以通过磁刺激调节生物体的神经等达到特定的调节作用,然而电刺激在生物方面的应用多数需要外电源作为供电装置,这种需要外电源的供电模式对于电刺激的实际应用带来了很多不便。本实验受到外旋转磁场的应用于无线电能传输系统的启发,并根据法拉第电磁感应定律,利用自制的旋转磁场装置和纤维复合材料,利用一种非电源嵌入式实现电刺激。这种通过外磁场来实现材料系统的自供电避免了连接外电源的不便,在本文中所制备的导电复合薄膜均选用生物性能、功能性较好的材料,基于法拉第电磁感应定律,利用n-MWNTs涂覆到Fe3O4/PCL纳米纤维复合材料(下文统称为CNFs.复合材料)基质做成导线,磁性粒子可以同时增强材料的导电性和磁场的强度。这种材料在外旋转磁场下切割磁感线运动所产生的电流密度最大达到191.1 A/m2。本论文比较了碳纳米管的比例对材料的导电性能的影响,比较了其切割磁感线运动时候产生的电流大小。论文还研究了不同层数的纤维膜所做成的导线在不同的切割速度时切割磁感线运动所产生的电流大小。我们对导体材料在切割磁感线运动时产生电信号机理进行了分析,并利用COMSOL多物理场建模软件来对磁场分布进行了模拟,通过模拟来分析感应电流大小。实验中我们通过建立青蛙神经缺损模型来证明设计的导线材料实现电刺激的可能性,并通过细胞毒性和细胞生物相容性实验来考察了材料的生物性能,还通过建立动物肌肉埋植模型实验,分析材料的组织整合能力。
[Abstract]:The magnetic field can be used to regulate the nerve of organism by magnetic stimulation. However, most of the applications of electric stimulation in biology require external power supply as power supply device. This power supply mode, which needs external power supply, brings a lot of inconvenience to the practical application of electrical stimulation. This experiment is inspired by the application of the external rotating magnetic field to the radio energy transmission system. According to Faraday's law of electromagnetic induction, a non-power embedded electric stimulation is realized by using the self-made rotating magnetic field device and fiber composite material. The self-supply of the material system by external magnetic field avoids the inconvenience of connecting the external power supply. The conductive composite films prepared in this paper are made of materials with biological properties and good function, which are based on Faraday's law of electromagnetic induction. Application of n-MWNTs coating on Fe3O4/PCL Nanofiber Composites (hereinafter referred to as CNFs.) The matrix is made into conductors and magnetic particles can enhance both the conductivity and the magnetic field strength of the material. The maximum current density of this material is 191.1 A / m ~ (2) when cutting the magnetic inductive line motion in an external rotating magnetic field. In this paper, the effect of the ratio of carbon nanotubes on the conductivity of the materials is compared, and the magnitude of the current generated by cutting the magnetically induced wires is compared. The paper also studies the current size of the wire made of different layers of fiber film at different cutting speed. In this paper, we analyze the mechanism of electric signal produced by conductor material when cutting magnetic inductance line, and use COMSOL multi-physical field modeling software to simulate the magnetic field distribution, and analyze the magnitude of inductive current by simulation. In the experiment, we established the frog nerve defect model to prove the possibility of electrical stimulation of the designed traverse material, and investigated the biological properties of the material by cytotoxicity and biocompatibility test. The ability of tissue integration was analyzed by establishing animal muscle implantation model.
【学位授予单位】：西南交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TB33

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本文编号：2336139