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微针阵列结构柔性干式电极仿生设计与制造及性能研究

微针阵列结构柔性干式电极仿生设计与制造及性能研究

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作者：李瑶瑶厦门大学

学位级别：硕士

柔性干式电极能够解决Ag/AgCl湿式电极易使皮肤过敏、无法长期监测和传统干式电极无法与皮肤贴合紧密等诸多问题,从而具有广阔的应用前景。本文提出利用激光加工方法制备出具有仿生微针阵列的柔性干式电极,分别对其力学性能、电学性能... 详细信息

柔性干式电极能够解决Ag/AgCl湿式电极易使皮肤过敏、无法长期监测和传统干式电极无法与皮肤贴合紧密等诸多问题,从而具有广阔的应用前景。本文提出利用激光加工方法制备出具有仿生微针阵列的柔性干式电极,分别对其力学性能、电学性能进行研究,并对其结构进行优化。主要研究内容如下:1、设计了一种具有仿生微针阵列的柔性干式电极。在对比柔性基底材料的基础上,重点介绍了柔性基底的制备及导电性能研究。以金边龙舌兰植物钩刺为原型设计出仿生微针,并利用激光加工方法制得,最后对仿生微针阵列的激光加工原理及柔性干式电极制备流程进行探究。所研发的柔性干式电极具有较高的兼容性、良好的导电性能及稳定的皮肤贴附性能。2、基于理论分析基础,对三种形状微针的力学性能进行了对比研究。.重点研究了同一加工参数所得的三种微针的刺入性能、破坏强度及金属微针与PDMS柔性基底间的结合强度。实验结果表明本文所提出的仿生微针具有较小的刺入力、良好的抗破坏性能,且与PDMS柔性基底间的结合强度能够满足使用需求。3、在分析生物电信号采集原理的基础上,利用柔性干式电极对EMG、ECG信号进行了测量。结果表明:与Ag/AgCl湿式电极相比,柔性干式电极测量到的EMG信号具有峰值集中,振幅更大,噪声更低等优点。其次,利用柔性干式电极所采集到的ECG信号波形清晰,周期规律、且每个周期内的典型波显著。4、对柔性干式电极结构优化获得了多通道阵列可控柔性干式电极,并对其电学性能与实际应用进行研究。结果表明:导线1cm长时所采集到的EMG信号较优;肌肉内部产生的肌电信号会随手臂负重的增大而更强;不同部位肌肉在同样动作条件下产生的肌电信号不同;利用3通道阵列可控柔性干式电极所采集的3组手指动作相对应EMG信号可实现机械手相同动作运动。研发出低成本、可重复使用的柔性干式电极与皮肤接触界面贴合紧密,结构优化后一个电极即可实现生物电信号的多通道高效采集。且其具有优异的生物兼容性、力学性能及电学性能,在生物电信号测量与检测领域具有广阔应用前景。

关键词：柔性干式电极仿生微针力学性能生物电测量激光加工多通道阵列可控

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层级多孔聚合物微针用于卵巢癌标志物的联合检测

层级多孔聚合物微针用于卵巢癌标志物的联合检测

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作者：何玉婷北京化工大学

学位级别：硕士

卵巢癌是致死率最高的妇科恶性肿瘤,70%的患者就诊时已届临床晚期,严重威胁全球女性健康。研究表明,Ⅰ期患者的治愈率为90%,而Ⅲ-Ⅳ期患者的5年生存率只有20%～30%。因此,早发现、早诊断、早治疗对于患者的生存具有重大意义。目前临床... 详细信息

卵巢癌是致死率最高的妇科恶性肿瘤,70%的患者就诊时已届临床晚期,严重威胁全球女性健康。研究表明,Ⅰ期患者的治愈率为90%,而Ⅲ-Ⅳ期患者的5年生存率只有20%～30%。因此,早发现、早诊断、早治疗对于患者的生存具有重大意义。目前临床诊断卵巢癌主要包括影像学、组织病理学和血清学检查,但存在难以发现早期肿瘤、操作复杂、创伤性高等不足。因此需要急需一种微创无痛、高灵敏的早期卵巢癌诊断方法。本文将多孔高分子微针技术与酶联免疫检测结合,构建一种微创便捷、高灵敏度的早期卵巢癌标志物联合检测系统。具体内容如下:1.本文以具有层级多孔结构的珊瑚在流动海水中的捕食行为作为灵感来源,基于热致相分离法制备具有贯通多级孔结构的仿生珊瑚高分子微针体系,以大幅增加微针上抗体的结合位点,提高对间质液中肿瘤标志物的提取能力。通过光学/荧光显微镜和扫描电镜表征微针的多孔结构,多站式比表面积及孔径分析仪和压汞仪测试结果进一步说明微针具有高比表面积和高渗透通量。此外,多项力学性能测试证实微针具有足够的力学强度保证刺入皮肤。微针的安全性也通过细胞毒性实验、溶血实验和经皮失水实验得以证实。2.为避免假阳性干扰,进一步优化多孔微针结构设计,通过引入沟槽结构构建双模块集成式微针体系,实现对两种卵巢癌标志物附睾蛋白4(HE4)和糖类抗原125(CA125)的联合检测,提高检测精准度。对微针进行氧等离子体处理提高亲水性并通过体外检测HE4确定最优检测方案。皮下注射SKOV3细胞建立卵巢癌裸鼠模型,进一步验证多孔仿生微针具有与ELISA试剂盒相似的检测能力。且卵巢癌裸鼠体内HE4浓度随着肿瘤体积的增长而升高,确定微针能够基本代替血清学检测。并验证多孔微针能够实现对CA125的体外和体内检测。综上所述,本研究建立的具有层级多孔结构的集成仿生微针贴片能够实现对肿瘤标志物的联合检测,且灵敏度和准确度高,为卵巢癌的早期检测提供了全新途径。

关键词：仿生微针层级多孔结构非溶剂热致相分离卵巢癌肿瘤标志物联合检测

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