CN114038990A - 一种用于调节心肌细胞功能状态的压电结构及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于调节心肌细胞功能状态的压电结构，压电结构由压电聚合物制成，并且心肌细胞能够附着在压电结构的一面；制备方法包括：在压电聚合物薄膜表面上排布微球阵列；以微球阵列为模板，对排布有微球阵列的压电聚合物薄膜进行刻蚀，直至微球阵列被完全刻蚀掉，并且在压电聚合物薄膜表面形成锥形阵列。本发明的压电结构，通过压电聚合物的压电性能将机械能转化成电信号刺激心肌细胞搏动，并且在心肌细胞的搏动下实现对心肌细胞的循环施压效果，因此电信号循环产生，无需在体内植入低频脉冲发生器、刺激电极、导线和电源等部件，其结构简单，不存在定期更换电池的困扰。
Description
技术领域
本发明涉及医学技术领域，更具体地说涉及一种用于调节心肌细胞功能状态的压电结构及其制备方法。
背景技术
心脏是一个人的生命，如果心脏功能损伤，就会引起各方面的疾病，对身体的伤害也是特别的大，由于精神紧张、大量吸烟、饮酒、喝浓茶或咖啡、过度疲劳、严重失眠等常常会诱发心功能受损的心律失常。对于缓慢的心律失常我们通常需要起搏器起搏治疗。通过起搏器脉冲发生器发出一定量的脉冲电流直接刺激心肌细胞，使局部心肌细胞受到外来电刺激而产生兴奋，并通过细胞间的缝隙连接或向周围心肌传导，导致整个心房或心室兴奋，并进而产生收缩活动。但是心脏起搏器是一种植入于体内的电子治疗仪器，包括低频脉冲发生器、刺激电极、导线和电源，其结构较为复杂，并且存在定期更换电池的困扰。
因此，如何提供一种能解决上述问题的用于调节心肌细胞功能状态的压电结构及其制备方法是本领域技术人员亟需解决的技术问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于调节心肌细胞功能状态的压电结构及其制备方法，以解决现有技术中心脏起搏器结构复杂，并且需要定期更换电池的问题。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：一种用于调节心肌细胞功能状态的压电结构，所述压电结构由压电聚合物制成，并且心肌细胞能够附着在所述压电结构的一面。
优选的，在上述一种用于调节心肌细胞功能状态的压电结构中，所述压电聚合物为聚偏氟乙烯压电薄膜。
聚偏氟乙烯压电薄膜即PVDF压电薄膜。
优选的，在上述一种用于调节心肌细胞功能状态的压电结构中，所述压电结构的一表面为锥形阵列；心肌细胞能够附着在所述锥形阵列上。
优选的，在上述一种用于调节心肌细胞功能状态的压电结构中，所述锥形阵列中单一锥形体的底部直径为0.2μm～5μm，高度为0.2μm～5μm。
优选的，在上述一种用于调节心肌细胞功能状态的压电结构中，所述压电结构锥形阵列的一面沉积一层金薄膜或铂薄膜。
优选的，在上述一种用于调节心肌细胞功能状态的压电结构中，所述金薄膜或铂薄膜的厚度为10nm～200nm。
优选的，在上述一种用于调节心肌细胞功能状态的压电结构中，所述压电结构通过外科导管集成，微创植入心肌细胞部位。
一种用于调节心肌细胞功能状态的压电结构的制备方法，包括以下步骤：
(1)在压电聚合物薄膜表面上排布微球阵列；
(2)以微球阵列为模板，对排布有微球阵列的压电聚合物薄膜进行刻蚀，直至微球阵列被完全刻蚀掉，并且在压电聚合物薄膜表面形成锥形阵列。
优选的，在上述一种用于调节心肌细胞功能状态的压电结构的制备方法，中，还包括以下步骤：
(3)在所述压电聚合物薄膜锥形阵列的一面通过蒸镀的方法沉积上一层金薄膜或铂薄膜。
优选的，在上述一种用于调节心肌细胞功能状态的压电结构的制备方法中，所述步骤(1)包括：
A：将压电聚合物薄膜在等离子清洗机中预处理1.5～2.5min，使表面变为亲水表面；
B：将分散好的聚合物微球在水面上组装为六方紧密堆积的微球阵列；
C：将组装好的所述微球阵列转移到所述压电聚合物薄膜表面。
优选的，在上述一种用于调节心肌细胞功能状态的压电结构的制备方法中，所述步骤(2)中，使用等离子刻蚀机对排布有微球阵列的压电聚合物薄膜进行刻蚀，刻蚀过程中微球尺寸逐渐减小，微球下方的压电聚合物薄膜逐渐暴露，暴露的压电聚合物薄膜不断被刻蚀，最终微球被完全刻蚀掉，压电聚合物薄膜表面形成锥形阵列。
优选的，在上述一种用于调节心肌细胞功能状态的压电结构的制备方法中，所述步骤A中，所述压电聚合物薄膜在等离子清洗机中预处理2min。
优选的，在上述一种用于调节心肌细胞功能状态的压电结构的制备方法中，所述步骤B中的所述聚合物微球为聚苯乙烯微球。
优选的，在上述一种用于调节心肌细胞功能状态的压电结构的制备方法中，所述压电聚合物薄膜为PVDF压电薄膜。
经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明公开提供了一种用于调节心肌细胞功能状态的压电结构，通过压电聚合物的压电性能将机械能转化成电信号，电信号刺激影响心肌细胞动作电位的产生、搏动频率和持续时间，增加具有自发搏动频率的细胞比率，促进细胞的同步搏动，因此提高组织的同步性和信号传递，产生更大的收缩力，从而恢复正常心脏功能；同时在心肌细胞的搏动下实现了对压电聚合物循环施压的效果，进而压电聚合物循环放出电信号，无需在体内植入低频脉冲发生器、刺激电极、导线和电源等部件，其结构简单，不存在定期更换电池的困扰。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明制备方法及作用于心肌细胞的流程示意图；
图2为本发明低倍数下的扫描图像；
图3为本发明高倍数下的扫描图像。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的技术方案进行详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本发明所保护的范围。
以下，结合附图对实施例作详细说明。此外，下面所示的实施例不对权利要求所记载的发明的内容起任何限定作用。另外，下面实施例所表示的构成的全部内容不限于作为权利要求所记载的发明的解决方案所必需的。
实施例1：
用于调节心肌细胞功能状态的压电结构，压电结构由压电聚合物制成，并且心肌细胞能够附着在压电结构上。
用于调节心肌细胞功能状态的压电结构的制备方法，包括以下步骤：
(1)A:将压电聚合物薄膜在等离子清洗机中预处理1.5min，使表面变为亲水表面；
(1)B：将分散好的聚合物微球在水面上组装为六方紧密堆积的微球阵列；
(1)C：将组装好的微球阵列转移到压电聚合物薄膜表面；
(2)以微球阵列为模板，对排布有微球阵列的压电聚合物薄膜进行刻蚀，直至微球阵列被完全刻蚀掉，并且在压电聚合物薄膜表面形成锥形阵列。
压电结构通过外科导管集成，微创植入心肌细胞部位。
实施例2：
用于调节心肌细胞功能状态的压电结构，压电结构为聚偏氟乙烯压电薄膜；聚偏氟乙烯压电薄膜的一表面为锥形阵列，并且心肌细胞能够附着在锥形阵列上；锥形阵列中单一锥形体的底部直径为0.2μm，高度为0.2μm。
用于调节心肌细胞功能状态的压电结构的制备方法，包括以下步骤：
(1)A:将聚偏氟乙烯压电薄膜在等离子清洗机中预处理1.5min，使表面变为亲水表面；
(1)B：将分散好的聚苯乙烯微球在水面上组装为六方紧密堆积的聚苯乙烯微球阵列；
(1)C：将组装好的聚苯乙烯微球阵列转移到聚偏氟乙烯压电薄膜表面；
(2)以聚苯乙烯微球阵列为模板，使用等离子刻蚀机对排布有聚苯乙烯微球阵列的聚偏氟乙烯压电薄膜进行刻蚀，刻蚀过程中聚苯乙烯微球尺寸逐渐减小，聚苯乙烯微球下方的聚偏氟乙烯压电薄膜逐渐暴露，暴露的聚偏氟乙烯压电薄膜不断被刻蚀，最终聚苯乙烯微球被完全刻蚀掉，聚偏氟乙烯压电薄膜表面形成锥形阵列；锥形阵列中单一锥形体的底部直径为0.2μm，高度为0.2μm。
压电结构通过外科导管集成，微创植入心肌细胞部位。
实施例3：
用于调节心肌细胞功能状态的压电结构，压电结构为聚偏氟乙烯压电薄膜；聚偏氟乙烯压电薄膜的一表面为锥形阵列，并且心肌细胞能够附着在锥形阵列上；锥形阵列中单一锥形体的底部直径为1μm，高度为1μm；聚偏氟乙烯压电薄膜锥形阵列的一面沉积一层金薄膜；金薄膜的厚度为10nm。
用于调节心肌细胞功能状态的压电结构的制备方法，包括以下步骤：
(1)A:将聚偏氟乙烯压电薄膜在等离子清洗机中预处理2min，使表面变为亲水表面；
(1)B：将分散好的聚苯乙烯微球在水面上组装为六方紧密堆积的聚苯乙烯微球阵列；
(1)C：将组装好的聚苯乙烯微球阵列转移到聚偏氟乙烯压电薄膜表面；
(2)以聚苯乙烯微球阵列为模板，使用等离子刻蚀机对排布有聚苯乙烯微球阵列的聚偏氟乙烯压电薄膜进行刻蚀，刻蚀过程中聚苯乙烯微球尺寸逐渐减小，聚苯乙烯微球下方的聚偏氟乙烯压电薄膜逐渐暴露，暴露的聚偏氟乙烯压电薄膜不断被刻蚀，最终聚苯乙烯微球被完全刻蚀掉，聚偏氟乙烯压电薄膜表面形成锥形阵列；锥形阵列中单一锥形体的底部直径为1μm，高度为1μm；
(3)在聚偏氟乙烯压电薄膜锥形阵列的一面通过蒸镀的方法沉积上一层厚度为10nm的金薄膜。
压电结构通过外科导管集成，微创植入心肌细胞部位。
实施例4：
用于调节心肌细胞功能状态的压电结构，压电结构为聚偏氟乙烯压电薄膜；聚偏氟乙烯压电薄膜的一表面为锥形阵列，并且心肌细胞能够附着在锥形阵列上；锥形阵列中单一锥形体的底部直径为5μm，高度为5μm；聚偏氟乙烯压电薄膜锥形阵列的一面沉积一层金薄膜；金薄膜的厚度为100nm。
用于调节心肌细胞功能状态的压电结构的制备方法，包括以下步骤：
(1)A:将聚偏氟乙烯压电薄膜在等离子清洗机中预处理2.5min，使表面变为亲水表面；
(1)B：将分散好的聚苯乙烯微球在水面上组装为六方紧密堆积的聚苯乙烯微球阵列；
(1)C：将组装好的聚苯乙烯微球阵列转移到聚偏氟乙烯压电薄膜表面；
(2)以聚苯乙烯微球阵列为模板，使用等离子刻蚀机对排布有聚苯乙烯微球阵列的聚偏氟乙烯压电薄膜进行刻蚀，刻蚀过程中聚苯乙烯微球尺寸逐渐减小，聚苯乙烯微球下方的聚偏氟乙烯压电薄膜逐渐暴露，暴露的聚偏氟乙烯压电薄膜不断被刻蚀，最终聚苯乙烯微球被完全刻蚀掉，聚偏氟乙烯压电薄膜表面形成锥形阵列；锥形阵列中单一锥形体的底部直径为5μm，高度为5μm；
(3)在聚偏氟乙烯压电薄膜锥形阵列的一面通过蒸镀的方法沉积上一层厚度为100nm的金薄膜。
压电结构通过外科导管集成，微创植入心肌细胞部位。
实施例5：
用于调节心肌细胞功能状态的压电结构，压电结构为聚偏氟乙烯压电薄膜；聚偏氟乙烯压电薄膜的一表面为锥形阵列，并且心肌细胞能够附着在锥形阵列上；锥形阵列中单一锥形体的底部直径为0.5μm，高度为1μm；聚偏氟乙烯压电薄膜锥形阵列的一面沉积一层铂薄膜；铂薄膜的厚度为200nm。
用于调节心肌细胞功能状态的压电结构的制备方法，包括以下步骤：
(1)A:将聚偏氟乙烯压电薄膜在等离子清洗机中预处理2.5min，使表面变为亲水表面；
(1)B：将分散好的聚苯乙烯微球在水面上组装为六方紧密堆积的聚苯乙烯微球阵列；
(1)C：将组装好的聚苯乙烯微球阵列转移到聚偏氟乙烯压电薄膜表面；
(2)以聚苯乙烯微球阵列为模板，使用等离子刻蚀机对排布有聚苯乙烯微球阵列的聚偏氟乙烯压电薄膜进行刻蚀，刻蚀过程中聚苯乙烯微球尺寸逐渐减小，聚苯乙烯微球下方的聚偏氟乙烯压电薄膜逐渐暴露，暴露的聚偏氟乙烯压电薄膜不断被刻蚀，最终聚苯乙烯微球被完全刻蚀掉，聚偏氟乙烯压电薄膜表面形成锥形阵列；锥形阵列中单一锥形体的底部直径为0.5μm，高度为1μm。
(3)在聚偏氟乙烯压电薄膜锥形阵列的一面通过蒸镀的方法沉积上一层厚度为200nm的铂薄膜。
压电结构通过外科导管集成，微创植入心肌细胞部位。
聚偏氟乙烯压电薄膜即PVDF压电膜是一种新型高分子压电换能材料，它具有独特的介电效应、压电效应、热电效应。具有频响宽、动态范围大、力电转换灵敏度高、机械性能强度高、声阻抗易匹配等特点，并具有重量轻、柔软不脆、耐冲击、不易受水和化学药品的污染等优势。将PVDF压电薄膜应用于心肌细胞功能状态的调节，从而恢正常心脏功能是本申请独创的。
本发明公开提供的用于调节心肌细胞功能状态的压电结构，将PVDF薄膜的一面作成锥形阵列结构，锥形阵列结构的尺寸最小可以到纳米级；心肌细胞能够附着在锥形阵列上，而无需额外设置其他附着结构。
PVDF压电薄膜通过外科导管集成，微创植入心肌细胞部位，植入手术成熟，创伤小、疼痛轻、恢复快。
PVDF微型阵列的锥形阵列与心肌细胞接触，通过在PVDF压电薄膜施加外力使得PVDF压电薄膜产生电信号，电信号刺激影响心肌细胞动作电位的产生、搏动频率和持续时间，增加具有自发搏动频率的细胞比率，促进细胞的同步搏动，因此提高组织的同步性和信号传递，产生更大的收缩力，从而恢复正常心脏功能。
本申请通过仅一次施加外力使得PVDF压电薄膜产生电信号，产生的电信号刺激心肌细胞的搏动，然后心肌细胞的搏动也是一种外加力，再进一步诱导压电聚合物产生电信号，不断的循环使得具有自发搏动频率的细胞比率逐渐增加，从而恢复正常心脏功能；同时在心肌细胞的搏动下实现了对PVDF压电薄膜循环施压的效果，进而PVDF压电薄膜循环放出电信号，无需在体内植入低频脉冲发生器、刺激电极、导线和电源等部件，其结构简单，不存在定期更换电池的困扰。
PVDF压电薄膜产生的压电刺激，不会产生由于法拉第过程伴随的氧化还原反应以及不会因穿透电极破坏细胞膜，进而不会对心肌细胞的健康和完整性产生潜在的危害。
本申请通过在PVDF压电薄膜上自组装聚苯乙烯微球阵列，然后以聚苯乙烯微球阵列为模板，采用刻蚀机进行刻蚀，最终形成具有锥形阵列的PVDF压电薄膜。本申请的制备方法简单，技术成熟，制备成功率高，具有十分有益的技术效果。
可以理解的是，上述各实施例中相同或相似部分可以相互参考，在一些实施例中未详细说明的内容可以参见其他实施例中相同或相似的内容。本发明提供的多个方案包含本身的基本方案，相互独立，并不互相制约，但是其也可以在不冲突的情况下相互结合，达到多个效果共同实现。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
Claims (10)
1.一种用于调节心肌细胞功能状态的压电结构，其特征在于，所述压电结构由压电聚合物制成，并且心肌细胞能够附着在所述压电结构的一面。
2.根据权利要求1所述的一种用于调节心肌细胞功能状态的压电结构，其特征在于，所述压电聚合物为聚偏氟乙烯压电薄膜。
3.根据权利要求1所述的一种用于调节心肌细胞功能状态的压电结构，其特征在于，所述压电结构的一表面为锥形阵列；心肌细胞能够附着在所述锥形阵列上。
4.根据权利要3所述的一种用于调节心肌细胞功能状态的压电结构，其特征在于，所述锥形阵列中单一锥形体的底部直径为0.2μm～5μm，高度为0.2μm～5μm。
5.根据权利要求3或4所述的一种用于调节心肌细胞功能状态的压电结构，其特征在于，所述压电结构锥形阵列的一面沉积一层金薄膜或铂薄膜。
6.根据权利要求5所述的一种用于调节心肌细胞功能状态的压电结构，其特征在于，所述金薄膜或铂薄膜的厚度为10nm～200nm。
7.根据权利要求5所述的一种用于调节心肌细胞功能状态的压电结构，其特征在于，所述压电结构通过外科导管集成，微创植入心肌细胞部位。
8.一种用于调节心肌细胞功能状态的压电结构的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)在压电聚合物薄膜表面上排布微球阵列；
(2)以微球阵列为模板，对排布有微球阵列的压电聚合物薄膜进行刻蚀，直至微球阵列被完全刻蚀掉，并且在压电聚合物薄膜表面形成锥形阵列。
9.根据权利要求8所述的一种用于调节心肌细胞功能状态的压电结构的制备方法，其特征在于，还包括以下步骤：
(3)在所述压电聚合物薄膜锥形阵列的一面通过蒸镀的方法沉积上一层金薄膜或铂薄膜。
10.根据权利要求8所述的一种用于调节心肌细胞功能状态的压电结构的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)包括：
A：将压电聚合物薄膜在等离子清洗机中预处理1.5～2.5min，使表面变为亲水表面；
B：将分散好的聚合物微球在水面上组装为六方紧密堆积的微球阵列；
C：将组装好的所述微球阵列转移到所述压电聚合物薄膜表面。
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| CN202111282587.6A CN114038990A (zh) | 2021-11-01 | 2021-11-01 | 一种用于调节心肌细胞功能状态的压电结构及其制备方法 |
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2021
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