[發明專利]一種基于負拉阻材料的光遺傳學自適應抑制心動過速系統

有效

• 申請號: 202110439137.7
• 申請日: 2021-04-23
• 公開（公告）號: CN113180629B
• 公開（公告）日: 2022-12-20
• 發明（設計）人: 劉景全;姜春蓬;洪雯
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: A61B5/024
• 分類號: A61B5/024;A61N5/06;G01B7/16
• 代理公司: 上海恒慧知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 31317
• 代理人: 徐紅銀;趙楠

1.一種基于負拉阻材料的光遺傳學自適應抑制心動過速系統，其特征在于，包括：柔性器件和后端電路；

其中，所述柔性器件包括：

多個柔性負拉阻應變傳感器、柔性可延展電極、LED陣列和封裝層，

其中，所述多個柔性負拉阻應變傳感器通過所述柔性可延展電極構成電連接，由多個所述柔性負拉阻應變傳感器與所述柔性可延展電極構成柔性應變傳感器陣列，所述柔性應變傳感器陣列在受到拉伸時具有阻值隨應變的增大而減小的特性，將所述柔性應變傳感器陣列貼附于心臟表面，用于閉環檢測心臟跳動時在舒張和收縮兩種狀態下的應變變化；

所述LED陣列設置于所述柔性可延展電極上，且所述LED陣列的發光面朝向心臟表面，所述LED陣列外表面設有所述封裝層，且所述LED陣列光源的光照強度可通過所述柔性負拉阻應變傳感器自適應心率的幅值和頻率進行調控，即所述柔性負拉阻應變傳感器隨心臟的舒張和收縮，其電阻跟隨變化從而調控所述LED陣列的電流大小，在心臟舒張狀態下增大流經所述LED陣列的電流，實現二級光脈沖的疊加，且所述二級光脈沖的疊加頻率與心臟舒張的頻率保持一致；在心臟的收縮狀態下恢復到原始設定光強，通過所述后端電路控制設定光強；

所述后端電路與所述柔性器件通過軟排線連接，用于采集所述柔性應變傳感器陣列反饋的心臟舒張和收縮的模擬電壓信號，通過所述柔性應變傳感器陣列工作在設定區間內的電阻變化以間接地反應心臟在舒張和收縮時的應變變化，并對接收的數據進行放大、濾波和電平轉換，實現心率的閉環檢測，根據多個周期內的平均預估心率進行實時的心動過速的判斷，一旦達到判定閾值，即向所述LED陣列發送光刺激命令，通過基于光遺傳學的光刺激手段來實現終止心動過速。

2.根據權利要求1所述的一種基于負拉阻材料的光遺傳學自適應抑制心動過速系統，其特征在于，所述柔性負拉阻應變傳感器設置于所述柔性可延展電極上的位置對應于心臟舒張時體積變化較大的部位，并通過生物膠水或生物兼容性的粘性襯底與心臟表面粘貼以確保所述柔性負拉阻應變傳感器與心臟表面的穩定貼合，保證所述柔性負拉阻應變傳感器工作在較大靈敏度的應變區間內；

所述柔性負拉阻應變傳感器為具有延展性的導電聚合物薄膜，所述導電聚合物薄膜可拉伸到原本長度的100%-900%且不產生任何斷裂。

3.根據權利要求2所述的一種基于負拉阻材料的光遺傳學自適應抑制心動過速系統，其特征在于，所述柔性負拉阻應變傳感器呈現負拉阻效應的必備條件包括：所述導電聚合物薄膜的材料包括導電填料和基底，所述導電填料均勻摻雜于所述基底內；所述導電填料和所述基底在拉伸時具有和拉伸同向的取向性；所述導電填料和所述基底之間存在化學鍵或范德華力連接，使所述導電填料能將所述基底顆粒完全包裹，形成以下三種網絡：第一種，由所述導電填料直接搭接形成的第一導電通路網絡；第二種，由小間距的所述導電填料之間形成隧穿電流的第二導電通路網絡；第三種，由大間距的所述導電填料形成不能導電的網絡；在受到拉伸的情況下，由于所述導電填料和所述基底的取向性，垂直于拉伸方向，材料受到徑向收縮帶來的擠壓，以上三種所述網絡將發生以下相應的改變：第一種，由所述導電填料緊密搭接形成致密的第一導電通路網絡，以提高導電性；第二種，小間距的導電填料間距進一步縮小或形成搭接，提高了第二導電通路網絡的隧穿電流或直接構成導電通路；第三種，大間距的網絡在受到擠壓后間距減小，為隧穿效應提供了可能性；基于以上三種情況，在所述導電填料和所述基底的取向性范圍內，所述柔性負拉阻應變傳感器材料的電阻隨拉伸減小。

4.根據權利要求3所述的一種基于負拉阻材料的光遺傳學自適應抑制心動過速系統，其特征在于，所述導電填料和所述基底的質量比范圍為1:10-1:0.05；

其中，所述導電填料為具有拉伸取向性的導電一維納米材料；

所述基底的連續相為具有拉伸取向性的高分子材料。

5.根據權利要求4所述的一種基于負拉阻材料的光遺傳學自適應抑制心動過速系統，其特征在于，

-所述導電聚合物薄膜的材料還包括質量分數為0.1%-10%的金屬納米顆粒；

-所述金屬納米顆粒包括銀納米顆粒或金納米顆粒。