專利名稱：一種新型壓電人工耳蝸的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于生物材料和醫(yī)療器械領(lǐng)域，具體涉及一種人工聽覺器官壓電型人工耳 蝸的植入新方法。
背景技術(shù)：
2006年全國殘疾人抽樣調(diào)查數(shù)據(jù)顯示，我國聽力殘疾人數(shù)達(dá)到2780萬，其中相當(dāng) 比例為感音神經(jīng)性耳聾。感音神經(jīng)性耳聾絕大部分源于內(nèi)耳毛細(xì)胞的損傷，導(dǎo)致不能將聲 信號轉(zhuǎn)換為電信號。由于感音神經(jīng)性耳聾的聽神經(jīng)纖維大多是完好的，同時其聽覺中樞系 統(tǒng)也多為正常，因此通過電信號刺激可實現(xiàn)電聽覺。自二十世紀(jì)60年代以來，電子耳蝸的 出現(xiàn)和不斷發(fā)展，使感音神經(jīng)性耳聾患者看到了曙光。電子耳蝸首先通過麥克風(fēng)將接受到 的聲音信號經(jīng)體外裝置處理轉(zhuǎn)變成電信號，再利用電磁效應(yīng)將該信號傳入內(nèi)耳，然后通過 植入內(nèi)耳的電極直接刺激聽神經(jīng)纖維而產(chǎn)生聽覺，電子型人工耳蝸在治療感音神經(jīng)性耳聾 方面已經(jīng)取得了巨大的成功，但因其價格昂貴、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，外置設(shè)備體積較大、多導(dǎo)電極同 時送電產(chǎn)生電場干擾等缺點，至今仍無法普及。壓電型人工耳蝸完全不同于電子耳蝸，它是將壓電材料直接植入耳蝸，利用材料 特有的壓電效應(yīng)接收淋巴液振動能量，直接將聲信號轉(zhuǎn)換成電信號，刺激聽神經(jīng)產(chǎn)生電聽 覺。壓電型人工耳蝸的概念在提出之后，其可行性已經(jīng)得到了很多動物實驗的證實，并且在 前期實驗中也探索出了植入內(nèi)耳耳蝸的最佳位置為卵圓窗附近鼓階中內(nèi)側(cè)貼于螺旋緣蝸 神經(jīng)表面處，在該處可獲得91. 7%的成功率。然而內(nèi)耳耳蝸的振動非常微弱，因此壓電材料 可轉(zhuǎn)換的能量有限，不能滿足重度聾耳聽力改善對材料性能提出的苛刻要求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于改善壓電型人工耳蝸的植入效果，提供一種新型的壓電型人工 耳蝸及其植入方法。與現(xiàn)有壓電型人工耳蝸不同的是，本發(fā)明采用壓電雙晶片作為壓電型 人工耳蝸的植入候選材料，利用中耳的振動能量驅(qū)動壓電雙晶片產(chǎn)生電信號，從而達(dá)到刺 激聽神經(jīng)產(chǎn)生電聽覺的目的。本發(fā)明采用的技術(shù)方案是一種壓電型人工耳蝸，其特征在于，所述人工耳蝸由兩 個壓電雙晶片相接形成V字形結(jié)構(gòu)；且其表面除一個雙晶片的端部(遠(yuǎn)離兩片雙晶片相接 處的一端)有部分裸露外，其余表面均涂有有機涂層。所述壓電雙晶片由三層薄片粘結(jié)而成，上下兩層為壓電陶瓷薄片，中間層為合金 薄片。較佳的，所述壓電陶瓷薄片為鋯鈦酸鉛(PZT)壓電陶瓷薄片，如中國科學(xué)院上海 硅酸鹽研究所研制而成的型號為S7000高性能PZT壓電陶瓷。該PZT壓電陶瓷材料采用傳 統(tǒng)的電子陶瓷工藝制備，以PWrO3-PbTiO3 二元系壓電材料為基，采用Ba、Sr、Ca、Mg進行A 位復(fù)合取代，Nb進行B位取代而成。其主要性能參數(shù)為介電常數(shù)ε ^ 7000 ；壓電應(yīng)變常 數(shù)d33彡880pC/N ；機電耦合系數(shù)kp彡0. 68 ；介電損耗tg δ ^ 2.2% ；橫向壓電應(yīng)變常
3數(shù)d31 ^ -388pC/N ；橫向壓電電壓常數(shù)g31 ^ -6. 26 ；橫向機電耦合系數(shù)k31 ^ 0. 42 ；居里 溫度=Tc 134°C。較佳的，所述壓電陶瓷薄片的厚度為0. 07-0. 2mm。較佳的，所述合金薄片為彈性良好的銅合金薄片，如銅鎳合金薄片。較佳的，所述合金薄片的厚度為25-35 μ m。較佳的，所述兩個壓電雙晶片通過有機膠水粘結(jié)，所述有機膠水為氰基丙烯酸酯 膠粘劑，如可以選用Permabond公司生產(chǎn)的快干膠系列。較佳的，所述有機涂層的厚度為10_50μπι。本發(fā)明采用有機涂層涂覆整個V字型結(jié)構(gòu)的兩個雙晶片目的在于，減少雙晶片電 極(裸露部分的雙晶片)的暴露面積，起到絕緣作用，從而減少整個結(jié)構(gòu)的漏電流，提高壓 電型人工耳蝸的能量利用效率。本發(fā)明中所述的有機涂層，可以由本領(lǐng)域內(nèi)常規(guī)使用的各 種絕緣膠、絕緣漆等具有良好電絕緣性能的材料，經(jīng)旋涂、噴涂、淋涂等常規(guī)涂膜方法制成。較佳的，所述裸露部分的面積占人工耳蝸總面積的20-25%。本發(fā)明所采用的壓電雙晶片呈條狀，其大小以及兩片雙晶片間的夾角可根據(jù)被 植入的生物體來進行確定。如對于實驗動物貓來說，壓電雙晶片的厚度為0.3mm、寬度為 1. 0mm、長度為4. 0mm，且兩片間的夾角為90°時較好。本發(fā)明所提供的上述人工耳蝸的植入方法為打開實驗動物貓聾耳卵圓窗，打開 鼓階，將一側(cè)露出電極的雙晶片從卵圓窗插入鼓階，另一個雙晶片的尾端(所述兩片雙晶 片相接處的一端)用有機膠水粘接在中耳砧骨上，這樣可以有效的利用中耳的振動能量激 發(fā)壓電雙晶片產(chǎn)生電信號，通過植入內(nèi)耳的雙晶片電極將這些電信號傳輸至螺旋緣蝸神經(jīng) 表面。本發(fā)明提供的壓電型人工耳蝸是利用壓電材料特有的聲電轉(zhuǎn)換性能，模擬耳蝸毛 細(xì)胞的換能功能，將聲能轉(zhuǎn)換為電能，刺激聽神經(jīng)，產(chǎn)生聽覺。與電子型人工耳蝸相比具有 價格低廉，使用方便，結(jié)構(gòu)簡單，體積微小，無需供電等優(yōu)勢；與前期壓電型人工耳蝸的形態(tài) 和植入方法相比，本發(fā)明采用的全新的人工耳蝸形態(tài)和全新的植入方法，這些措施能有效 的利用中耳振動能量，轉(zhuǎn)換得到的電信號可以刺激聽神經(jīng)，產(chǎn)生聽覺。
具體實施例方式下面結(jié)合實施例進一步闡述本發(fā)明。應(yīng)理解，這些實施例僅用于說明本發(fā)明，而非 限制本發(fā)明的范圍。實施例1人工耳蝸的制備本發(fā)明采用由中國科學(xué)院上海硅酸鹽研究所研制而成的S7000高性能壓電陶瓷 制成壓電雙晶片。該PZT陶瓷材料以PWrO3-PbTiO3 二元系壓電材料為基，采用Ba、Sr、Ca、 Mg進行A位復(fù)合取代，Nb進行B位取代而成。其制備過程為將按化學(xué)計量比配制的原料 在高效振動球磨機中混合均勻，電爐爐中于850°C的高溫下合成2小時；再將合成的PZT置 于高效球磨機中球磨8小時成粉料，經(jīng)干壓成型、高溫?zé)Y(jié)、燒銀電極、高壓極化等工序加 工成0. 135mm厚度的壓電陶瓷薄片。主要的性能參數(shù)為介電常數(shù)ε 7000 ；壓電應(yīng)變 常數(shù)d33彡880pC/N ；機電耦合系數(shù)kp彡0. 68 ；介電損耗tg δ ^ 2.2% ；橫向壓電應(yīng)變 常數(shù)d31 ^ -388pC/N ；橫向壓電電壓常數(shù)g31 ^ -6. 26 ；橫向機電耦合系數(shù)k31 0. 42 ；居
4里溫度Tc 134°C。在兩片壓電陶瓷薄片之間粘結(jié)30 μ m厚度的彈性良好的銅鎳合金薄片，制成 0. 3mm厚度的對稱型陶瓷雙晶片，再切割成寬度1. 0mm、長度為4. Omm的條狀壓電雙晶片。取該條狀壓電雙晶片兩個，將兩個雙晶片較窄的邊用有機膠水(Permabond 940) 粘接呈V字形，具體為將一個雙晶片的斷面和另外一個雙晶片的表面邊緣粘起來，兩個雙 晶片間的夾角為90°。采用有機絕緣膠(道康寧DC1-2577)涂覆整個V字形結(jié)構(gòu)的兩個雙 晶片，其中一個雙晶片露出頭部(遠(yuǎn)離兩片雙晶片相接處的一端)的電極；裸露部分的面積 約占人工耳蝸總面積的20-25%，雙晶片上涂覆的涂層的厚度為10-50μπι。這就是動物實 驗的備選植入體。實施例2聾耳貓植入實驗實驗對象實施例1所制得的人工耳蝸。植入對象致聾貓耳，5例致聾采用卡那霉素與速尿注射液卡那霉素劑量為300mg/kg ；速尿注射液用量為 100mg/kg。注射后對貓進行皮下注射麻醉，麻醉過后測試所有貓耳的ABR，篩選出即刻聽閾值 大于等于85dBSPL的聾貓。植入方法打開實驗動物貓聾耳卵圓窗，打開鼓階，將一側(cè)露出電極的雙晶片從卵 圓窗插入鼓階，另一個雙晶片的尾端用有機膠水粘接在中耳砧骨上即可。測試方法采用Bio-logic System Corp.公司的聽性腦干反應(yīng)(ABR)測試儀，系 統(tǒng)軟件采用該公司開發(fā)的Auditory Evoked Potentials (AEP，Version6. 2. 0)軟件。選擇 click音為刺激測試音，聲強以5dBSPL為步長。實驗結(jié)果見表1。表 1
即刻聽閾值(dBSPL) 本發(fā)明中的新型壓電型人工耳蝸經(jīng)5例聾耳貓植入實驗，結(jié)果顯示所有的聾耳貓 的即刻聽閾下降都大于5dBSPL，這證明我們的新型壓電耳蝸的設(shè)計和植入方法在原理上是 可行的；隨著植入時間的推移，這種聽閾下降的效果也呈現(xiàn)越來越強的趨勢。
權(quán)利要求
一種壓電型人工耳蝸，其特征在于，所述人工耳蝸由兩個壓電雙晶片相接形成V字形結(jié)構(gòu)；且其表面除一個雙晶片的端部有部分裸露外，其余表面均涂有有機涂層。
2.如權(quán)利要求1所述的壓電型人工耳蝸，其特征在于，所述壓電雙晶片由三層薄片粘 結(jié)而成，上下兩層為壓電陶瓷薄片，中間層為合金薄片。
3.如權(quán)利要求2所述的壓電型人工耳蝸，其特征在于，所述壓電陶瓷薄片為鋯鈦酸鉛 壓電陶瓷薄片。
4.如權(quán)利要求2或3所述的壓電型人工耳蝸，其特征在于，所述壓電陶瓷薄片的厚度為 0. 07-0. 2mm。
5.如權(quán)利要求2所述的壓電型人工耳蝸，其特征在于，所述合金薄片為銅合金薄片。
6.如權(quán)利要求2或5所述的壓電型人工耳蝸，其特征在于，所述合金薄片的厚度為 25-35 μ m0
7.如權(quán)利要求1所述的壓電型人工耳蝸，其特征在于，所述兩個壓電雙晶片通過有機 膠水粘結(jié)。
8.如權(quán)利要求7所述的壓電型人工耳蝸，其特征在于，所述有機膠水為氰基丙烯酸酯 膠粘劑。
9.如權(quán)利要求1所述的壓電型人工耳蝸，其特征在于，所述裸露部分的面積占人工耳 蝸總面積的20-25%。
10.如權(quán)利要求1_3、5或7-9中任一權(quán)利要求所述的壓電型人工耳蝸，其特征在于，所 述有機涂層的厚度為10-50 μ m。
全文摘要
本發(fā)明屬于生物材料和醫(yī)療器械領(lǐng)域，提供了一種壓電型人工耳蝸，其特征在于，所述人工耳蝸由兩個壓電雙晶片相接形成V字形結(jié)構(gòu)；且其表面除一個雙晶片的端部有部分裸露外，其余表面均涂有有機涂層。本發(fā)明采用壓電雙晶片作為壓電型人工耳蝸的植入候選材料，利用中耳的振動能量驅(qū)動壓電雙晶片產(chǎn)生電信號，從而達(dá)到刺激聽神經(jīng)產(chǎn)生電聽覺的目的。與電子型人工耳蝸相比價格低廉，使用方便，結(jié)構(gòu)簡單，體積微小，無需供電，便于廣泛推廣使用；與前期直接植入鼓階的壓電耳蝸相比，能有效的采集中耳振動的能量。本發(fā)明為壓電型人工耳蝸的設(shè)計提供了新思路和新方法。
文檔編號A61F2/18GK101912327SQ201010289460
公開日2010年12月15日 申請日期2010年9月21日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月21日
發(fā)明者曹菲, 王根水, 董顯林, 郭少波 申請人:中國科學(xué)院上海硅酸鹽研究所