南京大學(xué)科技成果推介　第九十三篇

原位電刺激神經(jīng)導(dǎo)管

項(xiàng)目介紹  

1. 痛點(diǎn)問題

長節(jié)段周圍神經(jīng)損傷的治療是全球性的醫(yī)學(xué)挑戰(zhàn)，引起患者的多種感覺和運(yùn)動功能障礙。電刺激已經(jīng)臨床應(yīng)用于治療帕金森、癲癇、抑郁癥等神經(jīng)疾病。研究表明電刺激還可以用于調(diào)節(jié)疼痛、腦認(rèn)知和視覺等生理功能和治療神經(jīng)損傷、中風(fēng)和多發(fā)性硬化等神經(jīng)肌肉疾病。為了提供有效的體內(nèi)電刺激，植入式能源供給器件必不可少。理想的植入式能源供給器件應(yīng)具有高能量密度、小植入體積、低感染風(fēng)險和無經(jīng)皮導(dǎo)線。然而，目前植入式鋰電池采用有毒電解質(zhì)面臨安全問題，嚴(yán)格封裝導(dǎo)致體積大，無法原位植入，通過經(jīng)皮導(dǎo)線連接可能造成感染和設(shè)備故障。植入式能量轉(zhuǎn)換器件的能量轉(zhuǎn)換效率較低，無法滿足要求。

2. 解決方案

南京大學(xué)張曄研究團(tuán)隊開發(fā)設(shè)計了一種可在體內(nèi)工作的植入式鋅氧氣電池，電池表現(xiàn)出優(yōu)異的電化學(xué)性能和生物安全性，可以原位集成在神經(jīng)導(dǎo)管上，通過電刺激促進(jìn)施旺細(xì)胞的增殖和神經(jīng)營養(yǎng)因子的釋放，支持再生軸突髓鞘形成，促進(jìn)長節(jié)段受損神經(jīng)的再生。

3. 技術(shù)優(yōu)勢

(1) 植入式鋅氧氣電池表現(xiàn)出優(yōu)異的電化學(xué)性能和生物安全性，鋅氧氣電池的結(jié)構(gòu)（如圖1所示），利用體液作為電解液，利用體內(nèi)的氧氣實(shí)現(xiàn)放電。放電過程中，鋅被氧化失去電子，氧氣在正極被還原。電池正負(fù)極的總體積僅為0.86 mm3。植入體內(nèi)后，鋅氧氣電池的峰值功率密度和放電比容量分別達(dá)到了95 mW·g–1和655 mAh·g–1，體積能量密度達(dá)到了231.4 mWh·cm–3，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過目前報道的植入式能源器件（圖2）。

圖1. 植入式鋅氧氣電池的結(jié)構(gòu)（左）

圖2. 植入式鋅氧氣電池的電化學(xué)性能（右）

(2) 動物實(shí)驗(yàn)表明，基于鋅氧氣電池的電刺激神經(jīng)的修復(fù)效果明顯優(yōu)于無電刺激的普通導(dǎo)管組，與自體移植組效果相當(dāng)，而沒有自體移植的問題和風(fēng)險。

(3) 動物實(shí)驗(yàn)表明，植入的鋅氧氣電池導(dǎo)管沒有引起動物的炎癥反應(yīng)，放電過程沒有造成動物組織的缺氧，也沒有對動物造成毒害，證明了其良好的生物安全性。

4. 應(yīng)用領(lǐng)域與市場前景

該研究團(tuán)隊首次提出并研究出了一種可用于原位神經(jīng)電刺激的鋅氧氣電池，該電池具有優(yōu)異的體內(nèi)電化學(xué)性能和生物安全性，除了用作神經(jīng)電刺激，鋅氧氣電池還可以為其他植入式醫(yī)療設(shè)備提供能源。

該電池可以集成在神經(jīng)導(dǎo)管上，提供原位電刺激，為神經(jīng)再生提供了一種新的、有效的治療方法。該神經(jīng)導(dǎo)管的治療效果明顯優(yōu)于無電刺激的普通導(dǎo)管，與自體移植組效果相當(dāng)，而沒有自體移植的問題和風(fēng)險。因此，本項(xiàng)目開發(fā)的植入式鋅氧氣電池和神經(jīng)導(dǎo)管具有廣闊的應(yīng)用前景。

團(tuán)隊介紹  

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