基于微流控与微电极复合的用于脑卒中治疗的脑微器件

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脑卒中是一种严重威胁人类健康的急性脑血管疾病。它发病率、复发率、致残率和死亡率都非常高,目前已经成为全世界第一大致残率的疾病。脑卒中在发病时会导致一部分神经元死亡,从而造成很多患者在脑卒中治愈后,还存在着语言障碍、肢体瘫痪或其他一些功能的障碍。如何使脑卒中患者康复是目前科研人员面临的最棘手的问题。神经可塑性理论为脑卒中康复治疗提供了理论基础。只要使受损位置的神经元再生或有新生的神经元代替之前受损的神经元,那么患者就有康复的可能。电刺激是一种有效的脑卒中康复治疗手段并被广泛应用。干细胞移植治疗也是一种新兴的治疗手段。如果将这两种技术结合在一起,这就是一种新的脑卒中康复治疗的方法。通过微电极技术和微流控技术的复合,可以对这种方法进行更深一步的探索。整个微器件系统主要分为两个部分:植入部分和电路部分。植入部分由具有锥形结构的电极部分与具有微流控通道和腔室的微流控外廓部分组成。它的整体尺寸为2.5×2.5×2mm,基体材料为PDMS。植入部分的结构都是通过模塑法制备的。所以模板的精细程度决定着植入部分结构的好坏。电极部分的模具是通过激光加工完成的。主要是通过准分子激光旋转法在亚克力上制备锥形微孔来制造。锥形电极部分是器件的核心,所以对这个工艺进行了深入研究,探究了不同因素对锥形微孔深度和锥度的影响,找到了合适的参数,完成了锥形微孔的制备。微流控外廓部分的模具是使用3D打印技术加工出来的。通过翻模实验完成器件结构的制备。在锥形电极上镀有一层金属膜,使其具有导电功能。在微流控外廓上打孔,使其能与外界进行液体流通。最后将两部分结合,完成植入部分的制备。电路部分的设计中,运用电子设计自动化软件及软件集成开发环境,通过模块化设计方法,以微处理器为核心,结合PCF8591芯片和稳压管,成功研制出输出双极性对称方波的电刺激系统。该系统具有人机交互功能,可以实现对系统的实时监视和控制。经过测试,可以在示波器上观察到理想波形,满足微器件系统的要求。用毛细软管将微流控制泵与植入部分相连。电路部分通过输出端引出的导线与植入部分相连,最终形成了一套完整的微器件治疗系统。通过示波器对电信号功能进行检测。功能正常,在未来可以用来进行动物实验。
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