柔性纳米压电设备延展性和弯曲性的动物实验研究

发布时间：2017-05-18 09:15

  本文关键词：柔性纳米压电设备延展性和弯曲性的动物实验研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：背景:近年来,随着人体植入式电子设备在临床医学的不断应用,一些疾病的诊断水平和和治疗手段得到了很大程度的提高。然而,植入式电子医疗设备在准确、安全、便携和寿命等方面仍面临诸多的困难和瓶颈;在微电子设备技术飞速发展的情况下,与其相匹配的微型能源供应技术却相对发展滞后,能源供应问题成为限制其发展改进的重要技术难关之一。21世纪以来,能量收集的研究成为国际研究的热点。在诸多的能量收集技术中,应用压电能量收集技术收集人体自身的机械振动能量并转化成植入式电子医疗设备能源,为植入式电子医疗设备的微型能源供应技术提供了新的思路和途径。人体心脏跳动的机械能有着持续、量大等优势,利用压电技术将心脏的机械能转化为心脏起搏器的能源,成为植入式电子医疗设备和压电技术的结合应用的一个新方法。压电设备能够应用于人体,其必须有一定的柔性和延展性,不能增加心脏的负荷,不能影响心脏的正常工作。本研究旨在通过动物实验,初步验证纳米压电设备在生物体内柔性环境下的延展性和弯曲性,为进一步研究提供动物实验数据。方法:选取家兔作为实验动物,将40只家兔随机分为实验组和对照组,每组各20只。实验组进行开胸手术,将微型柔性纳米压电器件缝合在心脏表面;对照组只进行开胸,不在心脏表面缝合微型柔性纳米压电器件;随后关胸并饲养,分别比较关胸前后,术后1天,1、2、3、4周实验组和对照组动物的体重、心率、呼吸、血压等生理指标以及实验前后柔性纳米压电芯片的物理性能。结果:体外心脏机械模型实验中,所有压电器件在试验结束时的能量收集性能和微观特性均未发生变化(p=1.00);动物实验中,实验组和对照组家兔均能够存活1个月。对比实验组和对照组家兔实验前后基本指标和生命体征,实验前指标均无统计学差异:体重,对照组2.88±0.20 vs实验组2.90±0.25 kg,p=0.78;心率,对照组227.0±12.7 vs实验组232.0±10.4次/min,p=0.19;呼吸,对照组50.0±4.9 vs实验组51.0±5.3次/min,p=0.39;收缩压,对照组106.0±9.2vs实验组107.6±8.4,p=0.58 mm Hg。对比术后1天、术后1周、术后2周、术后3周、术后4周四个时间点的体重、心率、呼吸和收缩压,在对照组和实验组之间相比,均无统计学差异。术后1天:体重,p=0.82;心率,p=0.62;呼吸频率,p=0.38;收缩压,p=0.63。术后1周:体重,p=0.67;心率,p=0.21;呼吸,p=0.95;收缩压,p=0.24。术后2周:体重,p=0.47;心率,p=0.94;呼吸频率,p=0.38;收缩压,p=0.54。术后3周:体重,p=0.11;心率,p=0.61;呼吸,p=0.28;收缩压,p=0.55。术后4周:体重,p=0.60;心率,p=0.22;呼吸频率,p=0.71;收缩压,p=0.83。对不同时刻重复测量的家兔生理指标进行混合模型分析发现,家兔的体重、心率、收缩压、呼吸频率不同时间的多次测量值,在实验组和对照组两组间相比,p值分别为0.54、0.47、0.86、0.46,均无统计学差异。纳米压电芯片在实验组术后1天、1周、2周时的能量收集性能均良好(p=1.00),在术后3周有2个芯片出现能量收集性能障碍(p=0.49),术后4周时未发现新的芯片出现能量收集性能损坏(p=0.49);在术后4周取出芯片,对芯片进行光学显微镜和扫描电子显微镜(scanning electron microscope,SEM)观察,均未出现表面断裂(p=1.00);术后3周时能量收集性能出现损坏的2个芯片均因导线与芯片链接处出现损坏。术后4周对照组与实验组家兔心肌病理切片H-E、Masson、TUNEL和CD 68染色均未发现病理性损伤,两组间相比无差异。结论:纳米压电芯片在体外心脏机械模拟试验中表现出良好的延展性和弯曲性。在短期动物实验中能量收集装置运行良好,对家兔的基本生命指标无影响、对心肌组织无损伤,表明此纳米压电芯片具有较好的延展性和弯曲性,达到了在生物柔性组织环境内正常工作、无组织损害的基本要求。柔性可植入纳米压电设备为收集体内能源提供了新的思路与方法,为解决植入式医疗设备能源问题开辟了新的道路。
【关键词】：柔性可延展压电设备 植入式电子医疗设备 起搏器 能量收集
【学位授予单位】：首都医科大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：R197.39
【目录】：

• 中文摘要4-7
• 英文摘要7-11
• 前言11-15
• 第一部分：柔性纳米压电设备制作工艺15-21
• 1.PZT 条带制备15-16
• 2.柔性基质转印16-19
• 3.刻蚀金属互连电路19
• 4.绝缘封装19-21
• 第二部分：体外心脏机械模型实验21-25
• 实验材料21-22
• 方法22-23
• 结果23
• 结论23-25
• 第三部分：家兔体内柔性环境下对照试验25-50
• 实验材料25-28
• 方法28-36
• 结果36-45
• 讨论45-49
• 结论49-50
• 参考文献50-56
• 附：综述56-68
• 参考文献63-68
• 发表论文情况68-70
• 英文缩写70-71
• 致谢71-72
• 个人简历72-73

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前3条

1 CHEN Ying;LU BingWei;OU DaPeng;FENG Xue;;Mechanics of flexible and stretchable piezoelectrics for energy harvesting[J];Science China(Physics,Mechanics & Astronomy);2015年09期

2 张巍;王龙飞;戎天华;陆炳卫;郑军;冯雪;马维国;;柔性可延展能量收集装置的心脏表面缝合实验研究[J];医学研究杂志;2015年07期

3 陈恒;董显林;鲁飞;马衍;王永龄;;基于压电效应的人工耳蜗的实验研究[J];无机材料学报;2007年01期

  本文关键词：柔性纳米压电设备延展性和弯曲性的动物实验研究，由笔耕文化传播整理发布。

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本文编号：375637