一种插入式全可降解光电心脏起搏器的制备方法及应用

技术领域

本发明涉及生物医用植入材料领域，具体涉及一种插入式全可降解光电心脏起搏器的制备方法及应用。

背景技术

临床上，心脏手术恢复期间一般需要使用临时心脏起搏器以帮助患者恢复心脏功能。传统的临时心脏起搏器一般由一个外部发生器和一个或两个经皮起搏引线组成，引线通常直接缝合固定在心外膜表面。然而，此类起搏器使用时存在关键的问题是在治疗结束后，将起搏导线移除时通常采用直接拉出体外的方式，极易导致心肌撕裂和穿孔，（Science, 2022, 376(6596):1006-1012.）。

近期，可生物降解的贴片式心脏起搏器受到了广泛关注，如基于外部传输线圈和接收器线圈之间的电感耦合实现能量传输的起搏贴片（Nature biotechnology, 2021, 39(10):1228-1238.）以及基于非晶硅材料的光电起搏贴片（Advanced HealthcareMaterials, 2020, 9(1):1901342.）。

但本申请发明人发现上述技术至少存在如下技术问题：大尺寸的贴片在心脏跳动时容易出现脱落、与心脏贴合不紧密等问题，导致电信号传递效果太差。通过手术缝合可增加其与心脏表面的接触，但也会带来心肌损伤。

因此，开发一种小型化的、可降解的光电心脏起搏器成为心外科专家和学者研究的热点，期望其可以与心脏形成良好的接触，在光照下可以形成稳定且有效刺激的心脏起搏器。

发明内容

本申请针对上述问题，提供一种插入式全可降解光电心脏起搏器的制备方法，可以任意塑形，满足不同的应用场景需求。

本申请提供了一种插入式全可降解光电心脏起搏器的制备方法，其特征在于，步骤包括：

A、将直线型可降解衬底材料清洗干净，悬空放置于等离子体增强化学的气相沉积系统中，在衬底材料表面均匀沉积非晶硅光电单元；

B、在A步中获得的样品表面上蒸镀导电纳米颗粒，之后沿径向剪开样品器件，暴露出结；

或者，先将A步中获得的样品弯曲成所需形状，再在样品表面上蒸镀导电纳米颗粒，之后沿径向剪开样品器件，暴露出结。

作为优选，所述A步中的衬底材料为可生物降解金属丝。

作为优选，所述可生物降解金属丝为镁丝、锌丝、镁铝合金丝或镁锌合金丝。

作为优选，所述A步中的非晶硅光电单元为非晶硅PN结、非晶硅PIN结、非晶硅PIN叠层或非晶硅锗PIN结。

作为优选，所述非晶硅PIN结光电单元从内之外依次为p型非晶硅层、本征非晶硅层以及n型非晶硅层。

作为优选，所述非晶硅PIN叠层从内之外依次为p型非晶硅层、本征非晶硅锗层、n型非晶硅层、p型非晶硅层、本征非晶硅层及n型非晶硅层。

作为优选，所述B步中的导电纳米颗粒为铂、金或银纳米颗粒。

本发明还涉及一种插入式全可降解光电心脏起搏器，其特征在于，从内之外包括直线型可降解金属丝，所述金属丝的表面沉积有非晶硅光电单元，所述非晶硅光电单元的表面蒸镀有导电纳米颗粒，所述金属丝的直径范围0.05 mm~0.5 mm。

本发明还公开了一种插入式全可降解光电心脏起搏器的应用，其特征在于，适用于上述放大制备的全可降解光电心脏起搏器，其使用方法包括如下步骤：

A、开胸手术完成后，将制备的直线型导线光电起搏器沿径向剪断，暴露出结，然后直接插入心脏表面；

或者，将制备的弯曲形状导线光电起搏器沿径向剪断，暴露出结，插入心脏表面；

B、将无菌光纤引入体内，对准导线光电起搏器导线，固定之后逐层缝合；

C、将暴露在体外的光纤接入激光器，调节激光输出频率，即可快速在心肌表面产生电刺激信号，刺激心肌细胞跳动实现心脏起搏。

本申请提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：

一、相比传统大尺寸柔性心脏起搏器件贴片，该光电心脏起搏器尺寸小，插入后对心脏损伤小，可以直接代替手术缝合导线，并可紧密贴合在心脏表面，稳定发挥起搏作用。

二、由于制备的光电起搏器的P型端和N型端间距很小，达到200nm~600nm，插入心脏组织后可以形成经过心肌细胞的超强电场，实现对心肌细胞的刺激，获得心脏起搏夺获。

三、获得的超细金属丝光电起搏器可以任意塑形，以满足不同的应用场景需求。

四、组成该光电心脏起搏器的衬底金属丝以及金属纳米颗粒电极在生物体内全可降解，对机体无毒副作用。此外，光电结构由传统半导体硅材料制成，具有良好的生物亲和性，对机体无毒副作用。

附图说明

图1为本发明实施例1中插入式全可降解光电心脏起搏器结构图。

图2为本发明实施例1中插入式全可降解光电心脏起搏器制备流程图。

图3为本发明实施例1中直线形状插入式全可降解光电心脏起搏器应用图。

图4为本发明实施例2中弯曲形状插入式全可降解光电心脏起搏器应用图。

实施方式

为了更好的理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案进行详细的说明。

实施例

如图1-3所示，本实施例提供了一种插入式全可降解光电心脏起搏器，从内之外包括直线型可降解金属丝，金属丝的表面沉积有非晶硅光电单元，非晶硅光电单元的表面蒸镀有导电纳米颗粒，所述金属丝为直径范围0.05 mm~0.5 mm的锌丝。

本实施例还上述植入式的全可降解光电心脏起搏器的制备方法，其步骤是：

A、将锌丝1清洗干净，悬空置于等离子体增强化学的气相沉积系统中，依次沉积p型非晶硅层2、本征非晶硅层3以及n型非晶硅层4，以获得非晶硅PIN结光电单元；

B、将A步中获得的样品PIN结部分底面蒸镀一层铂颗粒5，之后沿径向剪开器件，暴露出PIN结。

本实施例还提供了上述方法制备的光电心脏起搏器的应用方法，其方法是：

1）患者麻醉后，正中开胸，暴露出心脏，打开心包，暴露出心外膜。

2）将上述方法制备获得的超细光电起搏器导线暴露出的PIN光电单元部分直接插入心脏表面。然后将无菌光纤引入体内，对准光电起搏器，固定之后逐层缝合。

3）将暴露在体外的光纤接入红光（650 nm）激光器，调节激光输出频率为1.5Hz，即可快速在心肌表面产生超强电场刺激信号，刺激心肌细胞跳动实现心脏起搏。

刺激产生的对心肌的刺激频率大于正常窦性心律时，即可取代窦房结的控制权，获得新的起搏点。

本实施例制备的光电起搏器可从心外膜处直接插入心脏内部，实现与心脏组织的紧密结合，光照时可在极短的范围内形成大的电场以刺激心肌细胞实现高效起搏。该光电起搏器具有良好的可降解性，使用后无需手术二次取出，且细金属丝插入对心肌损伤较小，可用于临床开胸手术后的临时心脏起搏，避免目前外接导线移除时存在心肌撕裂和穿孔的风险。

实施例

本实施例提供一种植入式的全可降解光电心脏起搏器的制备方法，其步骤包括：

A、将锌丝清洗干净，悬空置于等离子体增强化学的气相沉积系统中，依次沉积p型非晶硅层、本征非晶硅层以及n型非晶硅层，在金属线表面均匀包裹非晶硅PIN结光电单元；

B、先将A步中获得的样品弯曲成所需形状，再在样品表面上蒸镀导电纳米颗粒，之后沿径向剪开器件，暴露出PIN结。

上述插入式光电心脏起搏器的应用，其方法包括：

1）患者麻醉后，正中开胸，暴露出心脏，打开心包，暴露出心外膜。

2）将所述B步中获得超细光电起搏器导线弯曲段暴露出的PIN光电单元部分直接插入心脏表面。然后将无菌光纤引入体内，对准光电起搏器，固定之后逐层缝合。

3）之后将暴露在体外的光纤接入红光（650 nm）激光器，调节激光输出频率为1.5Hz，即可快速在心肌表面产生超强电场刺激信号，刺激心肌细胞跳动实现心脏起搏，如图4所示。

刺激产生的对心肌的刺激频率大于正常窦性心律时，即可取代窦房结的控制权，获得新的起搏点。

上述本申请实施例中的技术方案，至少具有如下的技术效果或优点：

1）弯曲形状的光电单元，可进一步增加激光辐照面积，提高刺激电压。

2）弯曲形状的光电单元，可增加起搏单元与跳动的心脏组织间的接触，提高刺激稳定性。

实施例

本实施例提供一种植入式的全可降解光电心脏起搏器的制备方法，其步骤包括：

A、将镁丝清洗干净，悬空置于等离子体增强化学的气相沉积系统中，依次沉积p型非晶硅层、本征非晶硅锗层、n型非晶硅层、p型非晶硅层、本征非晶硅层、n型非晶硅层，以获得非晶硅PIN叠层光电单元；

B、将A步中获得的样品弯曲成弧形，之后表面蒸镀一层铂颗粒，之后沿径向剪开器件，暴露出PIN叠层光电单元。

上述植入式光电心脏起搏器的应用方法包括：

1）患者麻醉后，正中开胸，暴露出心脏，打开心包，暴露出心外膜。

2）将上述方法制备获得的超细光电起搏器导线暴露出的PIN叠层光电单元部分直接插入心脏表面，然后将无菌光纤引入体内，对准光电起搏器，固定之后逐层缝合。

3）之后将暴露在体外的光纤接入近红外光（800 nm）激光器，调节激光输出频率为1.5Hz，即可快速在心肌表面产生超强电场刺激信号，刺激心肌细胞跳动实现心脏起搏。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。