一种电流刺激装置及电流刺激成骨细胞分化治疗系统

摘要

本发明公开了一种电流刺激装置及电流刺激成骨细胞分化治疗系统，涉及生物工程技术领域，包括纳米发电机，所述纳米发电机与刺激电极电连接，所述刺激电极与患处接触。本发明的刺激应用在骨折患者的患处，通过纳米发电机实现电流刺激，促进成骨细胞增殖，促进成骨细胞活性，本发明为骨折愈合提供了新的思路，促进了纳米发电机在可穿戴电子医疗器械中的应用进展。本发明具有便携性，具有良好的临床应用前景。

说明书

技术领域

本发明涉及生物工程技术领域，特别是涉及一种电流刺激装置及电流刺激成骨细胞分化治疗系统。

背景技术

骨骼具有运动、支撑、保护身体的功能，对维持人体的正常活动具有重要意义。骨折是临床上常见的导致骨结构连续性完全或部分断裂的疾病。主要发生在儿童和老年人。骨折的愈合过程会持续很长时间，易受多种因素的干扰而导致延迟甚至不愈合，严重影响患者的生活质量。因此，如何促进骨折修复，缩短愈合时间是骨科研究的前沿和难点。

随着对骨折愈合机制的深入研究，各种辅助治疗方法在临床上得到了广泛应用。例如，骨组织工程(bone tissue engineering，BTE)在许多方面模拟自体骨移植，利用支架、成骨细胞来填充缺损骨，并通过添加生长因子或电刺激来调节细胞-细胞和细胞-支架的相互作用。尤其是电刺激的物理疗法，其促进骨折愈合的作用已得到充分证实。电刺激不仅能促进新鲜骨折的愈合，而且对骨折延迟愈合、骨不连、截骨术和假关节形成等也有很好的疗效。

电刺激促进成骨是骨改建修复过程中的关键因素。可分为电流刺激，电场和电磁场刺激。然而，在临床治疗中，电刺激装置过于笨重。一个便携式的、病人依从性高的电刺激治疗装置用于骨修复仍然是一个巨大的挑战。

发明内容

本发明的目的是提供一种电流刺激装置及电流刺激成骨细胞分化治疗系统，以解决上述现有技术存在的问题，有助于骨修复过程，具有良好的灵活性和便携性。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

本发明提供了一种电流刺激装置，包括纳米发电机，所述纳米发电机与刺激电极电连接，所述刺激电极与患处接触。

优选的，所述纳米发电机呈拱形。

优选的，所述纳米发电机与所述刺激电极之间设置有整流桥。

优选的，所述纳米发电机为压电纳米发电机，所述纳米发电机包括Kapton膜，所述Kapton膜采用热塑成型，所述Kapton膜的下表面依次覆有第一银电极和第二银电极，所述第一银电极和所述第二银电极均通过一导线与所述刺激电极电连接。

优选的，所述第一银电极涂覆在一PVDF膜的上表面，所述第二银电极涂覆在所述PVDF膜的下表面，所述第二银电极的下表面覆有PET膜。

优选的，所述Kapton膜、所述第一银电极、所述PVDF膜、所述第二银电极和所述PET膜依次通过硅树脂聚合物粘接。

优选的，所述纳米发电机为摩擦纳米发电机。

优选的，所述刺激电极为针状电极。

优选的，所述刺激电极包括正极和负极，所述负极与患处的伤口断端连接，所述正极与伤口断端相邻的肌肉组织连接。

本发明还提供了一种电流刺激成骨细胞分化治疗系统，包括所述电流刺激装置，所述纳米发电机的两端设置有连接结构，所述连接结构与夹板连接。

本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：

本发明的刺激应用在骨折患者的患处，通过纳米发电机实现电流刺激，促进成骨细胞增殖，促进成骨细胞活性，本发明为骨折愈合提供了新的思路，促进了纳米发电机在可穿戴电子医疗器械中的应用进展。本发明具有便携性，具有良好的临床应用前景。

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为本发明的电流刺激装置示意图；

图2为本发明中的纳米发电机示意图；

图3为本发明中的纳米发电机的各层结构示意图；

图4为本发明的电流刺激成骨细胞分化治疗系统应用示意图；

其中：100-电流刺激装置，200-电流刺激成骨细胞分化治疗系统，1-纳米发电机，2-整流桥，3-刺激电极，4-Kapton膜，5-第一银电极，6-第二银电极，7-导线，8-PVDF膜，9-PET膜，10-连接结构。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，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付出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的目的是提供一种电流刺激装置及电流刺激成骨细胞分化治疗系统，以解决上述现有技术存在的问题，有助于骨修复过程，具有良好的灵活性和便携性。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

实施例一

如图1-图3所示：本实施例提供了一种电流刺激装置100，包括纳米发电机1(sm-PENG)，可以将生物力学能量转化为电能，纳米发电机1与刺激电极3电连接，刺激电极3与患处接触。纳米发电机1电刺激的输出范围，按电流算可以是nA-mA级别，频率可以是1Hz-上千Hz。本实施例的刺激应用在骨折患者的患处，通过纳米发电机1实现电流刺激，促进成骨细胞增殖，促进成骨细胞活性，本实施例为骨折愈合提供了新的思路，促进了纳米发电机1在可穿戴电子医疗器械中的应用进展。本实施例具有便携性，具有良好的临床应用前景。

具体地，本实施例中，纳米发电机1呈拱形，拱形结构大大提高了纳米发电机1的电输出性能，轻敲纳米发电机1可使短路电流达到20μA，是平板结构的两倍以上，输出能较好地满足电刺激治疗的要求。

本实施例中，纳米发电机1与刺激电极3之间设置有整流桥2。不经过整流桥2时，为交流脉冲电信号；经过整流桥2为直流脉冲电信号。

本实施例中，纳米发电机1为压电纳米发电机，纳米发电机1包括Kapton膜4，Kapton膜4采用热塑成型，形成拱形的Kapton膜4，Kapton膜4的下表面依次覆有第一银电极5和第二银电极6，第一银电极5和第二银电极6均通过一导线7与整流桥2电连接。

本实施例中，第一银电极5涂覆在一PVDF膜8的上表面，第二银电极6涂覆在PVDF膜8的下表面，第二银电极6的下表面覆有PET膜9。

本实施例中，Kapton膜4、第一银电极5、PVDF膜8、第二银电极6和PET膜9依次通过硅树脂聚合物粘接。

本实施例中，纳米发电机1的制作过程为：

首先，用加热棒在200℃左右将55×25×0.1mm

本实施例中，刺激电极3为针状电极。刺激电极3包括正极和负极，负极与患处的伤口断端(骨折间隙)连接，正极与伤口断端相邻的肌肉组织连接。

本实施例的电流刺激装置100通过自供电脉冲直流电刺激成骨分化，纳米发电机1的脉冲DC促进MC3T3-E1的成骨作用，也可抑制破骨。

本实施例的电流刺激装置100通过整流桥2产生的脉冲DC能有效促进成骨细胞增殖，促进细胞内钙离子，具有一定的细胞定向作用。同时，在长期培养条件下能促进细胞ALP活性，最终促进钙沉积、细胞外基质矿化和成骨分化。纳米发电机1脉冲直流电刺激的生物效与商用信号发生器基本一致。本实施例为骨折愈合提供了新的思路，促进了纳米发电机1在可穿戴电子医疗器械中的应用进展。

实施例二

本实施例与实施例一的区别在于：纳米发电机1为摩擦纳米发电机。

实施例三

如图4所示，本实施例提供了一种电流刺激成骨细胞分化治疗系统200，包括实施例一或实施例二的电流刺激装置100，纳米发电机1的两端设置有连接结构10，连接结构10为绑带，连接结构10与夹板连接。连接结构10可先与纱布连接，然后再将纱布与夹板连接，电流刺激装置100与夹板结合形成电流刺激成骨细胞分化治疗系统200，具有良好的灵活性和便携性。

本说明书中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。