一种用于修复皮肤损伤的电穿孔水凝胶贴片

本发明属于医工微纳设备领域，具体涉及一种用于修复皮肤损伤的电穿孔水凝胶贴片。

背景技术：

1、皮肤大创面具有表面积大(通常大于6cm2)和垂直深度深(全皮层)的特点。临床上，大创面的修复速度显著慢于小创面，且容易引起其它并发症。目前，传统的大创面修复方法包括敷料、皮肤移植物和类ecm支架等。这些方法可以在修复创面中提供伤口愈合环境(湿性环境)和减少伤口发生感染的概率，但存在修复时间较长的问题。传统的方式都是以先进行创口平面愈合(结痂和表皮层形成)，后进行立体空间修复(真皮层重建)，即按发生时间的先后。创面的修复主要包括3个必要的时期：1)伤口处血痂形成，既在伤口外表面形成一层血痂，起到止血和减少伤口暴露在空气中的作用；2)伤口处皮肤的表皮层再生，既伤口边缘处的健康表皮细胞发生增殖和迁移，细胞从伤口四周向创口中心迁移；3)真皮层细胞再生和组织重建，既构成真皮层的相关细胞(比如成纤维细胞和血管表皮细胞)增殖、迁移(细胞再生)和分化(组织重建)过程。这三个时期的过渡缓慢、并依次推进创面的修复，在大创面的修复中尤为明显。

2、公布号为cn116807742a(20230929)，发明名称为“一种具有双电刺激系统的柔性生物可吸收绷带及制备方法”的专利，公开了一种包括外接脉冲电刺激系统和自驱动直流电刺激系统组成的可吸收柔性绷带，该绷带的光固化壳聚糖水凝胶中含有目标递送物，可有效加速伤口的愈合。该专利方法通过外加脉冲电刺激诱导电转染上皮细胞促进愈合因子的表达，以促进伤口愈合。然而该专利方法仅能在小创面或浅表创面场景中实现伤口处皮肤的表皮层再生，无法在大创面或较深创面中实现真皮层细胞再生和组织重建。此外，该专利方法的实施需要依赖大型设备，例如大型的电转染仪。因此，为了缩短修复时间，需要将伤口平面愈合和空间组织修复的同步推进，以及为了促进医疗过程的便携性，有必要提出新的方法和策略。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种用于修复皮肤深度损伤的半植入小型化便携式电穿孔水凝胶贴片，具体技术方案如下。

2、一种用于修复皮肤损伤的半植入小型化便携式电穿孔水凝胶贴片，所述半植入小型化便携式电穿孔水凝胶贴片包括电转模块和可替换的植入式支架模块；所述电转模块包括一个可折叠的柔性电路板、第一电极和连接结构；所述可折叠的柔性电路板通过设置的第1导线与所述第一电极固定，所述第一电极为空心的环状结构(用于局部电刺激)；所述第一电极嵌套在所述连接结构中；所述可折叠的柔性电路板包括电路单元和电源；所述电路单元为逻辑电路单元组件，所述逻辑电路单元组件采用预编程的微控制器单元用于控制ble通信和脉冲操作；

3、所述植入式支架模块可降解，包括复合水凝胶支架和第二电极，所述复合水凝胶支架具有能够填充伤口深度的厚度，所述复合水凝胶支架顶部连接所述连接结构(当使用时，可以从连接结构处释放出复合水凝胶支架)，底部设置所述第二电极；

4、所述第二电极为空心的环状结构；所述复合水凝胶支架为多孔海绵状(具有一定的厚度，用于填充创面)，内部包含tgf-β质粒和vegf-a质粒；

5、所述可折叠的柔性电路板还设置第2导线，在使用时，所述第2导线穿过所述复合水凝胶支架与所述第二电极接触；

6、所述电转模块和所述可替换的植入式支架模块分离。完成电转后，取出连接结构，同时取出第1导线和第2导线，使所述水凝胶贴片的电转模块和的植入式支架模块分离，所述电转模块可以重复使用，所述植入式支架模块进入创面内部。

7、进一步地，所述第一电极为环形的银(ag)电极；所述第二电极为环形的银-镁(ag-mg)电极；所述银-镁(ag-mg)电极降解速度较快。

8、进一步地，所述复合水凝胶主要由甲基丙烯酰胺明胶和羧甲基壳聚糖制成，包括浓度为10％明胶(gelma)和浓度为2％羧甲基壳聚糖(cmc)，体积比为1：1；所述复合水凝胶中还可以加入光固化剂(lap)。

9、进一步地，所述tgf-β质粒和vegf-a质粒的比例为1：1，浓度均为300ng/μl。

10、进一步地，所述连接结构为圆形的聚氨酯薄膜所述连接结构的尺寸大于所述第一电极。

11、进一步地，所述逻辑电路单元组件还配置可以接收无限信号的天线，例如2.4ghz天线；所述电源为电池。

12、进一步地，所述微控制器单元采用nrf51822芯片。

13、进一步地，所述逻辑电路单元组件设置为将直流电转换为电压30v、持续时间50ms的稳定直流脉冲波。

14、本发明的另一方面，在于提供一种控制所述半植入小型化便携式电穿孔水凝胶贴片进行电转操作的控制系统，

15、所述控制系统包括用户交互模块10、机器运行模块20和终端控制模块30，其中：

16、所述用户交互模块10设置为用于接收用户触发的表示开始的控制指令，并根据所述控制指令控制所述机器运行模块20中的电转模块开始运行；

17、所述终端控制模块30设置为接收到所述用户交互模块10传送的表示开始的指令后，输出控制传输信号以开启电转模块进行脉冲电场的传递；所述脉冲电场为电压30v，脉冲次数100次，每次持续时间50ms，每次的缓冲时间为50ms；

18、所述机器运行模块20设置为当接收到所述终端控制模块30发出的控制传输信号后对所述植入式支架模块中复合水凝胶支架内包含的tgf-β质粒和vegf-a质粒进行电转染。

19、进一步，当所述机器运行模块20完成1次电转操作后，传输完成操作信号给所述终端控制模块30。

20、在一些优选实施例中，所述端控制模块30可以是手机app。

21、用户可根据所述终端控制模块30上的显示(例如完成电转操作)，选择再一次或多次进行电转操作。

22、有益技术效果

23、本发明提供了一种用于修复深度皮肤损伤的半植入小型化便携式电穿孔水凝胶贴片(后面简称装置)，该装置包括一个可反复使用的电转模块和可替换的植入式支架模块。在动物实验中，证明了本发明的这种电穿孔水凝胶贴片的两个模块能够协同作用，在伤口部位有效地电转染局部细胞，使tgf-β质粒和vegf-a质粒成功电转染进入创面边缘细胞中并表达，细胞产生tgf-β和vegf-a并将其分泌到创口微环境带来的细胞增殖效果和血管生成效果；而水凝胶在创口中的填充不仅增强了细胞增殖，还提供了细胞以特定路径迁移的多孔环境，实现了表皮(平面)和真皮(空间)早期修复的同步推进，最终实现了大创面或深度创面的表皮和真皮修复的同步推进，修复时间更快，且最终血管平均面积与健康组的血管平均面积无显著性差异。

24、具体来说，本发明的装置首先提供了伤口周围皮肤的局部电刺激，质粒在受局部电刺激细胞中表达tgf-β和vegf-a，有利于表皮和真皮细胞的再生，为皮肤表皮和真皮的空间愈合提供大量的细胞支撑。而吸水后肿胀的水凝胶能够无缝地压在伤口表面并与伤口贴合，起到物理密封的作用，同时为创面边缘的细胞迁移到伤口铺平一条更短的路径。此外，水凝胶支架还具有一定的厚度，有利于组织-水凝胶界面的快速键合，作为有一定厚度的填充物，为细胞迁移和定植提供了有利的微环境，质粒在细胞中表达tgf-β和vegf-a蛋白后加速了细胞向水凝胶中心的迁移，真皮层细胞在伤口垂直深度内的分布和生长分化，避免了细胞常规迁移途径的绕道，克服了皮肤再生的主要空间障碍，进而实现伤口闭合更快的效果。

25、最后，本发明提出将电转染操作应用到皮肤深度创口修复领域中，且提供了一种半植入式的小型化装置，使患者无需依赖专业机构的大型设备，可以选择进行自主操作，使医疗过程更加便捷。

技术特征：

1.一种半植入小型化便携式电穿孔水凝胶贴片，其特征在于，所述半植入小型化便携式电穿孔水凝胶贴片包括电转模块和可替换的植入式支架模块；所述电转模块包括一个可折叠的柔性电路板、第一电极和连接结构；所述可折叠的柔性电路板通过设置的第1导线与所述第一电极固定，所述第一电极为空心的环状结构；所述第一电极嵌套在所述连接结构中；所述可折叠的柔性电路板包括电路单元和电源；所述电路单元为逻辑电路单元组件，所述逻辑电路单元组件采用预编程的微控制器单元用于控制ble通信和脉冲操作；

2.如权利要求1所述的半植入小型化便携式电穿孔水凝胶贴片，其特征在于，所述第一电极为环形的银电极；所述第二电极为环形的银-镁电极。

3.如权利要求1所述的半植入小型化便携式电穿孔水凝胶贴片，其特征在于所述复合水凝胶包括浓度为10％明胶和浓度为2％羧甲基壳聚糖，体积比为1：1；所述复合水凝胶中还可以加入光固化剂。

4.如权利要求1所述的半植入小型化便携式电穿孔水凝胶贴片，其特征在于，所述tgf-β质粒和vegf-a质粒的比例为1：1，浓度均为300ng/μl。

5.如权利要求1所述的半植入小型化便携式电穿孔水凝胶贴片，其特征在于，所述连接结构为聚氨酯薄膜，所述连接结构的尺寸大于所述第一电极。

6.如权利要求1所述的半植入小型化便携式电穿孔水凝胶贴片，其特征在于，所述逻辑电路单元组件还配置可以接收无限信号的天线。

7.如权利要求6所述的半植入小型化便携式电穿孔水凝胶贴片，其特征在于，所述微控制器单元采用nrf51822芯片。

8.如权利要求1所述的半植入小型化便携式电穿孔水凝胶贴片，其特征在于，所述逻辑电路单元组件设置为将直流电转换为电压30v、持续时间50ms的稳定直流脉冲波。

9.一种控制权利要求1-8任一项所述的半植入小型化便携式电穿孔水凝胶贴片进行电转操作的控制系统，其特征在于，所述控制系统包括用户交互模块10、机器运行模块20和终端控制模块30：

10.如权利要求9所述的控制系统，其特征在于，当所述机器运行模块20完成1次电转操作后，传输完成操作信号给所述终端控制模块30。

技术总结
本发明属于医工微纳设备领域，具体涉及一种用于修复皮肤损伤的电穿孔水凝胶贴片。本发明首先提供了一种半植入小型化便携式电穿孔水凝胶贴片，包括电转模块和可替换的植入式支架模块；所述电转模块包括一个可折叠的柔性电路板、第一电极和连接结构；所述可折叠的柔性电路板通过第1导线与所述第一电极固定；所述植入式支架模块包括复合水凝胶支架和第二电极；所述复合水凝胶支架顶部连接所述连接结构，底部设置所述第二电极。

技术研发人员：常凌乾,肖傲,蒋欣然,尹德东,李虎
受保护的技术使用者：北京航空航天大学
技术研发日：
技术公布日：2024/12/5