本發(fā)明屬于醫(yī)用材料，具體涉及一種組織粘附電極及其制備方法和用途。

背景技術(shù)：

1、電生理傳感和調(diào)控需要在電極和目標(biāo)生物組織或器官之間建立親密的生物電子界面。傳統(tǒng)的方法是將生物電極通過縫合或插入電極的方式固定在目標(biāo)組織上，或?qū)⑤p薄化和柔性化的生物電極附著于生物組織上。這些方法會(huì)損害電生理監(jiān)測和調(diào)控的可靠性和準(zhǔn)確性，并導(dǎo)致疤痕和危及生命的并發(fā)癥。尤其在體內(nèi)濕潤、動(dòng)態(tài)的環(huán)境中(如心臟等重要器官)，傳統(tǒng)方法會(huì)帶來巨大風(fēng)險(xiǎn)，造成各種不良后果，包括裝置故障、心腔穿孔(尤其是心房)、出血、心包積液和心臟填塞。因此，該領(lǐng)域迫切需求可與目標(biāo)生物組織無創(chuàng)、快速且穩(wěn)定融合的電極材料。

2、近年來，組織粘合劑作為替代傳統(tǒng)手術(shù)縫合的方法，展示了巨大的潛力，在減少組織損傷和提高患者康復(fù)效果等方面發(fā)揮重要作用。同時(shí)，組織粘合劑在電子設(shè)備與組織的無縫合集成中也展現(xiàn)出了潛力。然而，目前組織粘合劑通常不具有導(dǎo)電性，無法在組織和電子器件之間形成雙向電信號(hào)傳導(dǎo)。此外，組織粘合劑通常通過模具成型的方式加工成薄膜或者塊狀結(jié)構(gòu)，與各種電子設(shè)備的設(shè)計(jì)和制造兼容性較低，缺乏加工靈活性，無法應(yīng)對電極陣列化、圖案化、微型化等需求。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是提供一種組織粘附電極及其制備方法和應(yīng)用，旨在解決現(xiàn)有生物電極與目標(biāo)組織或器官集成穩(wěn)定性差、創(chuàng)傷性大，電生理信號(hào)采集和調(diào)控性能可靠性和準(zhǔn)確性低的問題，同時(shí)滿足制造具有圖案化結(jié)構(gòu)組織粘附電極的需求。

2、本發(fā)明提供的組織粘附電極的制備方法，具體步驟包括組織粘附聚合物漿料的制備、組織粘附導(dǎo)電聚合物漿料的制備和電極的制備；

3、(一)組織粘附聚合物漿料的制備：

4、其合成路線為：

5、

6、其中，r為烷基鏈，r1為羥基或羧基，r3為氫或甲基

7、制備的具體步驟為：

8、(1)將干燥后的親水性聚氨酯和異氰酸酯溶解在nn-二甲基甲酰胺(dmf)中，異氰酸酯與親水性聚氨酯的質(zhì)量比為0.5％-10％，在氮?dú)狻?0-80℃環(huán)境下機(jī)械攪拌1-4h，得到均勻混合物；

9、(2)將橋連化合物溶解在dmf中，加入到步驟(1)得到的混合物中，并攪拌均勻；

10、(3)然后緩慢加入引發(fā)劑和丙烯酸及其衍生物，丙烯酸及其衍生物與親水性聚氨酯或異氰酸酯的質(zhì)量比為10％-50％，在40-80℃下繼續(xù)攪拌下聚合反應(yīng)2-4h；

11、(4)反應(yīng)完成后，將產(chǎn)物沉淀在蒸餾水中，以終止聚合反應(yīng)；

12、(5)將步驟(3)的產(chǎn)物切成每塊重約0.5g的小塊，在蒸餾水中徹底洗滌以去除殘余反應(yīng)物，然后將產(chǎn)物干燥；

13、(6)將產(chǎn)物溶解在溶劑中，配置成組織粘附聚合物漿料；組織粘附聚合物的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5-30％；

14、其中：

15、步驟(1)中所述的聚氨酯為親水性聚氨酯，優(yōu)選地，為advansource?biomaterialscorp.的hydromed?d系列產(chǎn)品。

16、步驟(1)中所述的異氰酸酯為甲苯二異氰酸酯(tdi)、異佛爾酮二異氰酸酯(ipdi)、二苯基甲烷二異氰酸酯(mdi)、二環(huán)己基甲烷二異氰酸酯(hmdi)、六亞甲基二異氰酸酯(hdi)、賴氨酸二異氰酸酯(ldi)中的至少一種。

17、步驟(2)中所述的橋連化合物為下述結(jié)構(gòu)中的至少一種：

18、

19、優(yōu)選地，選擇甲基丙烯酸羥乙酯(hema)、丙烯酸羥乙酯、琥珀酸單[2-[(2-甲基-丙烯?；?氧]乙基]酯(mmes)、4-(2-(甲基丙烯酰氧基)乙氧基)-4-氧代丁-2-烯酸(hema馬來酸酯)、2-[[(羧甲基)二硫]乙酰氧基]乙基2-甲基-2-丙烯酸酯中的至少一種。

20、步驟(3)中所述的引發(fā)劑為偶氮二異丁腈(aibn)、過氧化苯甲酰(bpo)、過氧化二異丙苯(dcp)、過氧化苯甲酸叔丁酯(tbpb)中的至少一種。

21、步驟(3)中所述的丙烯酸及其衍生物為丙烯酸、甲基丙烯酸、丙烯酸n-琥珀酰亞胺酯、丙烯酸n-琥珀酰亞胺磺酸鈉鹽酯、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯、丙烯酰胺中的至少一種。

22、步驟(6)中所述溶劑為乙醇、水、異丙醇、二甲基亞砜等；

23、(二)組織粘附導(dǎo)電聚合物漿料的制備：

24、將導(dǎo)電材料與上述得到組織粘附聚合物漿料混合，得到組織粘附導(dǎo)電聚合物漿料；其導(dǎo)電材料在組織粘附導(dǎo)電漿料中的固含量為1-10％。

25、其中；所述的導(dǎo)電材料為聚苯胺及其衍生物、聚吡咯及其衍生物、聚噻吩及其衍生物、石墨烯、碳納米管、炭黑、金屬納米顆粒中的至少一種。優(yōu)選地，選擇聚(3,4-乙烯二氧噻吩)∶聚苯乙烯磺酸鹽(pedot:pss)顆粒。

26、(三)組織粘附電極的制備；

27、組織粘附聚合物漿料具有良好的生物相容性和機(jī)械性能，通常用于組織修復(fù)、傷口止血等應(yīng)用。組織粘附導(dǎo)電聚合物漿料具有良好的導(dǎo)電性能，通常用于制備柔性生物電極和傳感器。是否添加導(dǎo)電材料取決于具體的應(yīng)用需求和性能要求。

28、用步驟(一)得到的組織粘附聚合物漿料，或者步驟(二)得到的組織粘附導(dǎo)電聚合物漿料制備得到組織粘附電極。

29、具體可采用3d打印、絲網(wǎng)印刷、旋涂、噴涂或刮涂等方法，優(yōu)選的，采用3d打印方法，揮發(fā)溶劑后得到圖案化組織粘附電極。

30、本發(fā)明制備得到的組織粘附電極，具有優(yōu)異性能，可與濕潤組織形成快速、強(qiáng)力、穩(wěn)定且無創(chuàng)的粘附，在變形時(shí)能夠保持高韌性和彈性，適應(yīng)動(dòng)態(tài)變形組織環(huán)境；同時(shí)具有雙向電信號(hào)傳導(dǎo)的性能?？勺鳛樯黼娦盘?hào)的監(jiān)測和調(diào)控器件的用途。

31、本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)：

32、(1)本發(fā)明所述的組織粘附聚合物漿料和組織粘附導(dǎo)電漿料具有良好的流變特性，施加作用力易流動(dòng)擴(kuò)散，卸力后能保持形狀(圖1)，可用3d打印、絲網(wǎng)印刷、旋涂、噴涂、刮涂等方法制備組織粘附電極。

33、(2)本發(fā)明制備組織粘附電極具有良好的粘附和力學(xué)性能，對于濕態(tài)的生物組織能夠在數(shù)秒內(nèi)形成牢固的粘附。干態(tài)下的組織粘附電極可快速吸收組織表面水分，與組織形成氫鍵或靜電相互作用，并進(jìn)一步與組織表面的氨基、羧基等形成共價(jià)交聯(lián)。離子導(dǎo)電性和離電導(dǎo)電性的組織粘附電極對于生物組織粘附的剪切強(qiáng)度分別達(dá)到了50kpa和35kpa，斷裂韌性分別達(dá)到了300j?m-2和200j?m-2(圖2)。

34、(3)本發(fā)明制備的組織粘附電極具有良好的電學(xué)性能，在生理環(huán)境中電荷注入性能和界面電化學(xué)阻抗長期保持穩(wěn)定(圖3)。

35、(4)本發(fā)明制備的組織粘附電極具有優(yōu)異的機(jī)械強(qiáng)度，材料中通過動(dòng)態(tài)氫鍵相互作用，提供能量耗散機(jī)制，使材料在變形時(shí)保持高韌性和彈性。

36、(5)本發(fā)明制備的組織粘附電極在體外細(xì)胞和體內(nèi)動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中表現(xiàn)出良好的生物相容性。

37、(6)本發(fā)明制備的組織粘附電極可與組織形成長期穩(wěn)定的電學(xué)雙向傳導(dǎo)，穩(wěn)定監(jiān)測和調(diào)控電生理信號(hào)。