生物相容微电极及具有其的电渗微泵装置、流体泵送系统
阅读说明：本技术 生物相容微电极及具有其的电渗微泵装置、流体泵送系统 (Biocompatible microelectrode, electroosmosis micropump device with biocompatible microelectrode and fluid pumping system ) 是由 章泽波 高猛 叶乐 于 2021-05-19 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种生物相容微电极及具有其的电渗微泵装置,所述生物相容微电极包括电极基板、金属微电极和生物修饰涂层；所述电极基板设有至少一个流体通孔；所述金属微电极设于所述电极基板表面和/或所述流体通孔表面；所述生物修饰涂层包覆于所述金属微电极。在该生物相容微电极中,生物修饰涂层将金属微电极与样本流体隔绝开,从而避免了气泡的产生,不产生电解污染物,有效避免了药物样本流体被污染的风险,提高了药物输送的安全性和可靠性。包含其的电渗微泵不仅具有作为植入体内靶向给药泵的潜力,而且还可作为体外给药泵或输液泵来使用,总体设计结构紧凑,微电极电场利用率高,无气泡和电解污染物,安全可靠。(The invention relates to a biocompatible microelectrode and an electroosmosis micropump device with the same, wherein the biocompatible microelectrode comprises an electrode substrate, a metal microelectrode and a biological modification coating; the electrode substrate is provided with at least one fluid through hole; the metal microelectrode is arranged on the surface of the electrode substrate and/or the surface of the fluid through hole; the biological modification coating is coated on the metal microelectrode. In the biocompatible microelectrode, the metal microelectrode is isolated from the sample fluid by the biological modification coating, so that bubbles are avoided, electrolytic pollutants are not generated, the risk of pollution of the drug sample fluid is effectively avoided, and the safety and the reliability of drug delivery are improved. The electroosmosis micropump containing the electroosmosis micropump has the potential of being implanted into a body to target a drug delivery pump, and can also be used as an in-vitro drug delivery pump or an infusion pump, the overall design structure is compact, the utilization rate of a microelectrode electric field is high, no bubbles and electrolytic pollutants exist, and the electroosmosis micropump is safe and reliable.)
技术领域
本发明涉及医疗器械
技术领域
，具体涉及一种生物相容微电极及具有其的电渗微泵装置、流体泵送系统。背景技术
电渗泵是一种非机械式的微型泵，为利用当电压施加至毛细管或多孔分离膜的两端而出现的流体运输现象的泵。电渗泵由于具有驱动流体种类广泛、双向流动电控、结构简单易于集成等特点，在药物输运、积液引流等临床应用方面具有非常好的应用前景。微电极是电渗泵核心元件，正负极加载电压后在电渗驱动微通道表面产生电渗流驱动样本流体。一般情况下，微电极会与样本流体直接接触，这样会产生电解反应，生成气泡、电解产物，进而阻碍电渗流动和污染样本流体。另一方面，微电极在电渗驱动微通道内产生的电场是否能集中、平行于微通道方向，对提高电极产生电场的利用率、以及电渗驱动力具有决定性作用。
发明内容
本发明的目的是通过微纳制造方法，制备得到一种生物相容微电极，并将该微电极与电渗驱动薄膜精准集成，实现电场高效利用，同时不产气泡、不产电解污染物，从而提高药物输送的安全性和可靠性。
为此，本发明提供了一种生物相容微电极，其包括电极基板、金属微电极和生物修饰涂层；所述电极基板设有至少一个流体通孔；所述金属微电极设于所述电极基板表面和/或所述流体通孔表面；所述生物修饰涂层包覆于所述金属微电极。
根据本发明的技术方案，通过在所述金属微电极表面包覆生物修饰涂层，使所述生物修饰涂层将所述金属微电极与流经所述生物相容微电极的样本流体隔绝开来，从而避免了所述金属微电极与样本流体直接接触，解决了金属微电极因直接接触样本流体产生的电解问题。
进一步，所述金属微电极为膜状或丝状。
在某实施方式中，所述金属微电极为膜状，所述膜状金属微电极通过溅射、沉积或电镀工艺制备于所述电极基板表面和/或所述流体通孔表面。
在另一实施方式中，所述金属微电极为丝状，所述丝状金属微电极通过胶粘工艺固定在所述电极基板表面和/或所述流体通孔表面。
进一步，所述金属微电极的材质为金、铂、铂铱合金或钛等。
进一步，所述电极基板的表面设有凹槽，所述金属微电极设于所述凹槽中。
进一步，所述电极基板的制作材料为陶瓷、玻璃、聚酰亚胺、聚甲基丙烯酸甲酯等生物相容材料。
进一步，所述流体通孔的形状为方形孔、圆形孔、三角形孔、同心圆形、螺旋形、蛇形等形状。
进一步，当所述流体通孔的数量为多个时，可布局为方形孔阵列、圆形孔整列、三角形孔阵列等。
进一步，所述流体通孔为直通孔、梯形通孔或带阶梯直通孔。
进一步，所述流体通孔通过机加工、激光加工、刻蚀等微加工方法加工得到。
进一步，所述生物修饰涂层通过循环伏安法、恒电流法或沉积等方法制备于所述金属微电极表面。
进一步，所述生物修饰涂层的材料选自聚苯胺、聚吡咯、聚噻吩及其衍生物等。
本发明的第二方面，提供一种电渗微泵装置，其包括多孔介质薄膜和对称设置于所述多孔介质薄膜两侧的生物相容微电极；所述生物修饰涂层与所述多孔介质薄膜以小于等于100μm的间距相对设置。
进一步，所述多孔介质薄膜的材质选自具有生物相容性的聚碳酸酯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚氨酯、生物硅胶或石英玻璃等。
根据本发明的技术方案，所述多孔介质薄膜的孔径、孔隙率等可根据实际需要进行选择，例如，所述多孔介质薄膜可具有约0.1μm至约500μm的孔径，可具有约5％至约95％的孔隙率。
本发明的第三方面，提供一种流体泵送系统，其包括本发明所述的电渗泵。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明提供了一种生物相容微电极及具有其的电渗微泵装置、流体泵送系统，将金属微电极集成在生物相容的电极基板上，并通过生物修饰涂层将微电极与样本流体隔绝开，同时以此为电渗泵的微电极，集成得到生物相容性的电渗微泵装置。微电极及具有其的电渗微泵装置采用全生物相容材料制备，具有植入体内作为靶向给药泵使用的潜力，同时还可以作为体外给药泵或输液泵来使用，总体设计结构紧凑，微电极电场利用率高，更重要的是不会产生电解反应，无气泡和电解污染物，药物样本流体不会受到污染，对人体无害，安全可靠。
附图说明
通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：
图1是本发明提供的生物相容微电极的电极基板结构示意图；a、圆形孔阵列；b、螺旋线型；c、蛇形；d、同心圆环状；
图2是本发明提供的生物相容微电极的膜状金属微电极结构示意图；
图3是本发明提供的生物相容微电极的丝状金属微电极结构示意图；
图4是本发明提供的电渗微泵装置示意图；
1-电极基板，2-金属微电极，3-生物修饰涂层，4-多孔介质薄膜。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施方式。虽然附图中显示了本公开的示例性实施方式，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。
本发明提供一种生物相容微电极，如图1-3所示，其包括电极基板1、金属微电极2和生物修饰涂层3；在所述电极基板1上设有流体通孔，所述金属微电极2设于所述电极基板1的一侧表面和/或所述流体通孔的表面；所述生物修饰涂层3包覆于所述金属微电极2。
参照图1所示，电极基板1的材料为陶瓷、玻璃、聚酰亚胺、聚甲基丙烯酸甲酯等生物相容材料，厚度为微米或毫米量级，通过机加工、激光加工、刻蚀等微加工方法在电极基板1上加工得到流体通孔，所述流体通孔的尺寸为微米量级或毫米量级，可为直通孔、梯形通孔、或带阶梯直通孔，所述流体通孔的布置方式可为圆形孔阵列(图1-a)、螺旋线形(图1-b)、蛇形(图1-c)、或同心圆形(图1-d)等。
金属微电极2的材质为金、铂、铂铱合金或钛等。在某实施例中，参照图2所示，所述金属微电极2为厚度为纳米或微米量级的薄膜，膜状金属微电极2通过溅射、沉积或电镀在电极基板1单侧的整个表面(图2-a)；或者，通过溅射、沉积或电镀在梯形通孔表面或带阶梯直通孔表面(图2-b)，然后连接在一起形成单个电极；或者，在电极基板1表面开设凹槽，并将金属微电极2设于所述凹槽中(图2-c)。在另一实施例中，参照图3所示，所述金属微电极2为外径尺寸为纳米或微米量级的金属丝，丝状金属微电极2通过金属烧熔浇注、拉伸、挠曲提前定型成网状、蛇形或螺旋形，然后使用生物相容性的胶粘剂固定在电极基板1单侧表面(图3-a)、梯形通孔或带阶梯直通孔表面(图3-b)，或者在电极基板2表面开设凹槽，并将金属微电极2设于所述凹槽中(图3-c)。
在某实施例中，在电极基板1的表面通过微加工的方法加工得到纳米或微米量级的凹槽，并将所述金属微电极2布置在所述凹槽中(图2-c、图3-c)。通过将金属微电极2布置在凹槽内有利于减小电渗微泵集成后的总体积，使结构更为紧凑。相比于不使用电极基板，在电极基板上加工流体通孔，并直接将电极布置在电极基板上的方式，即直接使用金属网为电极的方式，可以减少电极局部错位，使上下两个电极各点的位置处于同一竖直平面，形成与所需流体方向平行的电场，提高电场利用率，以此提高电渗的流量。传统的作为电极的金属网尺寸较小，本身的强度不高，在电渗泵装配过程中易弯折、断裂，且很难恢复原来的形状，使用电极基板上布置电极，其本身的强度较大，可以有效地保护电极，更便于集成。
所述生物修饰涂层3通过循环伏安法、恒电流法或沉积等方法制备于所述金属微电极2表面，隔绝样本流体与金属微电极2的直接接触。所述生物修饰涂层3的材料选自聚苯胺、聚吡咯、聚噻吩及其衍生物等。
参考图4所示，本发明实施例提供一种电渗微泵装置，其包括两个相对且对称设置的生物相容微电极，夹设于两个生物相容微电极中的多孔介质薄膜4；两块电极基板1分别设于多孔介质薄膜4的两侧，电极基板1上设有膜状或丝状的金属微电极2，生物修饰涂层3包覆于所述金属微电极2上。在保证流体样本可有效流动的前提下，可根据实际情况选择所述多孔介质薄膜的孔径、孔隙率；例如，所述多孔介质薄膜可具有约0.1μm至约500μm的孔径，可具有约5％至约95％的孔隙率。
在组装时，上方的电极基板1的金属微电极2朝下，下方的电极基板1的金属微电极2朝上，并且需要将上方电极基板1的流体通孔与下方电极基板1的流体通孔对齐，可通过以电极基板1侧面电极引出部分为参照物来对齐；多孔介质薄膜4与所述生物修饰涂层3保持微接触，所述微接触的空隙距离保持在100μm以下，组装完成后，两块电极基板1上的金属微电极2分别接正极和负极，使两块电极基板1之间形成平行于流体通孔的电场，在电场的作用下，流体流过多孔介质薄膜4，形成电渗流；且由于生物修饰涂层3的阻隔，金属微电极2与流体不直接接触，不会发生电解反应，不产生气泡，从而有效避免了污染样品流体。本电渗泵装置各部分均由生物相容性材料制备，组装后可直接植入人体。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
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