原位电刺激神经导管

1. 痛点问题

长节段周围神经损伤的治疗是全球性的医学挑战，引起患者的多种感觉和运动功能障碍。电刺激已经临床应用于治疗帕金森、癫痫、抑郁症等神经疾病。研究表明电刺激还可以用于调节疼痛、脑认知和视觉等生理功能和治疗神经损伤、中风和多发性硬化等神经肌肉疾病。为了提供有效的体内电刺激，植入式能源供给器件必不可少。理想的植入式能源供给器件应具有高能量密度、小植入体积、低感染风险和无经皮导线。然而，目前植入式锂电池采用有毒电解质面临安全问题，严格封装导致体积大，无法原位植入，通过经皮导线连接可能造成感染和设备故障。植入式能量转换器件的能量转换效率较低，无法满足要求。

2. 解决方案

南京大学张晔研究团队开发设计了一种可在体内工作的植入式锌氧气电池，电池表现出优异的电化学性能和生物安全性，可以原位集成在神经导管上，通过电刺激促进施旺细胞的增殖和神经营养因子的释放，支持再生轴突髓鞘形成，促进长节段受损神经的再生。

3. 技术优势

(1) 植入式锌氧气电池表现出优异的电化学性能和生物安全性，锌氧气电池的结构（如图1所示），利用体液作为电解液，利用体内的氧气实现放电。放电过程中，锌被氧化失去电子，氧气在正极被还原。电池正负极的总体积仅为0.86 mm3。植入体内后，锌氧气电池的峰值功率密度和放电比容量分别达到了95 mW·g–1和655 mAh·g–1，体积能量密度达到了231.4 mWh·cm–3，远远超过目前报道的植入式能源器件（图2）。

图1. 植入式锌氧气电池的结构（左）

图2. 植入式锌氧气电池的电化学性能（右）

(2) 动物实验表明，基于锌氧气电池的电刺激神经的修复效果明显优于无电刺激的普通导管组，与自体移植组效果相当，而没有自体移植的问题和风险。

(3) 动物实验表明，植入的锌氧气电池导管没有引起动物的炎症反应，放电过程没有造成动物组织的缺氧，也没有对动物造成毒害，证明了其良好的生物安全性。