一种基于IPMC的主动弯曲导管

本发明涉及智能材料领域，特别是涉及一种基于ipmc的主动弯曲导管。

背景技术：

1、微创介入手术作为多种癌症治疗的重要手段，在取得良好治疗效果的同时，能在很大程度上为患者的治疗减轻痛苦。介入手术过程中医生会操作导丝和导管，由于导丝和导管的运动仅具备两个自由度，即旋转和推送，因此导丝和导管在推送致血管分叉位置时，面临操作性能降低的问题，极大降低手术的操作效率。在进行复杂血管通路的递送时，由于操作性能降低，会延长手术时间，造成医生和病人在辐射环境下的暴露时间延长。这对医生和病人的健康都会造成极大的影响。

2、目前，已有研究机构对ipmc驱动导管进行研究，使用ipmc驱动介入导管具有很大的应用潜力，但是现有设计方案存在许多问题。日本香川大学的郭书祥([1]s.x.guo,t.fukuda,k.kosuge,et al.“micro catheter system with active guide wire”,ieeeinternational conference on robotics and automation,1995,vol.1:79-84),采用片状ipmc对介入导管进行驱动，美国内华达大学拉斯维加斯分校的ruiz([2]s.ruiz,b.mead,v.palmre,k.j.kim and w.yim“acylindrical ionic polymer-metal composite-basedrobotic catheter platform:modeling,design and control”,smart materials&structures,2015,24,015007),开发可实现多角度弯曲的柱状ipmc主动介入导管，在导管头部安装可视装置并设计控制方法。采用ipmc进行驱动主要采用两种方式，片状ipmc驱动和柱状ipmc驱动。片状ipmc占据空间面积大，难以微型化，同时片状ipmc存在大面积薄片状电极，在使用的过程中容易出现微裂纹，导致输出力不断减小，影响使用寿命，而且片状ipmc仅能实现二维平面内的弯曲，不能满足真实血管内三维导向的需求。柱状ipmc虽然可以实现三维的弯曲导向，但是柱状ipmc可以产生的弯曲变形角度小，其基体需要通过模具进行浇注固化成型，在浇注固化和化学镀电极的过程中非常容易产生内应力，使制得的器件产生预弯曲，很难实现精确地角度操控，同时，由于柱状ipmc需要采用浇注的制造方法制备基体，同样难以实现微型化制备。因此，基于ipmc材料的主动介入导管亟待进行研究。

技术实现思路

1、本发明的目的在于针对现有介入导管存在的上述问题，提供可实现主动弯曲功能的一种基于ipmc的主动弯曲导管，以实现导管在复杂血管分支处的主动弯曲功能，提高导丝和导管的操作精准度，减少对血管壁的潜在伤害。

2、本发明的另一目的在于提供一种基于ipmc的主动弯曲导管的制备方法。

3、一种基于ipmc的主动弯曲导管，其特征在于包括介入导管、ipmc驱动单元、上供电电极引线、下供电电极引线和绝缘层；

4、所述ipmc驱动单元设有4个，4个ipmc驱动单元设在介入导管四周，每1个ipmc驱动单元均由三层结构组成，从上至下分别为上供电电极、nafion微驱动体层、下供电电极；ipmc驱动单元由上电极引线和下电极引线供电，ipmc驱动单元在供电电极的供电作用下产生特定的形变，根据施加电极的正负不同，使介入导管向不同方向进行弯曲；

5、所述上供电电极引线、下供电电极引线外附有绝缘层，以使得血液中的电离子不会对电极产生影响；

6、所述上供电电极引线、下供电电极引线依附设在介入导管外壁，上供电电极引线、下供电电极引线的一端与供电电极相连，另一端从导管端部引出与信用处理器相连；

7、绝缘层设在ipmc驱动单元、上电极引线和下电极引线的外层，以形成绝缘环境。

8、介入导管的可控弯曲方向，优选的，可向8个方向进行弯曲。

9、一种基于ipmc的主动弯曲导管的制备方法，包括以下步骤：

10、1)在介入导管的四周制备ipmc驱动单元；

11、2)制备上电极引线和下电极引线；

12、3)在ipmc驱动单元、上电极引线和下电极引线外层制备绝缘层。

13、在步骤1)中，所述导管可采用任意的已临床使用的导管；ipmc驱动单元设有四个，四个ipmc驱动单元对称的排布在介入导管四周，根据所述供电电极的施加电压方向，所述可实现主动弯曲功能的介入导管最多可向8个不同的方向弯曲；

14、每一个ipmc驱动单元均包括上供电电极和下供电电极，在上供电电极和下供电电极之间设有nafion微驱动体层；

15、所述在介入导管的四周制备ipmc驱动单元可采用原位直写的方式，其具体步骤可为：首先使用静电纺丝工艺在导管上直接制备出四个下电极层，所述四个电极层呈长方形，对称分布在导管四周，然后使用近场诱导沉积技术在下电极层上制备nafion驱动体层，最后在nafion驱动体层上采用静电纺丝工艺制备下电极层。

16、所述nafion驱动体层由ipmc驱动材料构成，nafion内部含有一定浓度配比的离子聚合物，ipmc驱动材料制备在上下两层电极供电电极之间，所述ipmc驱动材料和上下两层供电电极构成ipmc驱动单元，所述ipmc驱动单元采用原位直写的方式直接制备在医用介入导管上。

17、在步骤2)中，所述制备上电极引线和下电极引线的具体步骤可为：采用静电纺丝工艺在上供电电极和下供电电极上直接制备出电极引线，所述引线一端与供电电极相连，所述上下电极引线依附在导管外壁，所述引线另一端从导管端部引出。

18、所述上电极引线和下电极引线可以采用静电直写的方式直接原位制备在医用介入导管上，也可采用化学镀、溅射金属等方式进行制备。

19、在步骤3)中，所述绝缘层采用静电纺丝的方式制备，用以形成绝缘环境。

20、与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

21、本发明采用原位制备的方法，在介入手术导管上直接制备曲面片状ipmc驱动体，从而实现介入导管的多自由度的主动弯曲功能，使得医生在进行介入手术时，实现复杂血管超选动作时的难度大大降低，有效降低介入器械对血管壁的潜在损伤，极大提高手术效率，在很大程度上减轻医生和患者暴露在辐射环境中的影响。

技术特征：

1.一种基于ipmc的主动弯曲导管，其特征在于包括介入导管、ipmc驱动单元、上供电电极引线、下供电电极引线和绝缘层；

2.如权利要求1所述一种基于ipmc的主动弯曲导管，其特征在于4个ipmc驱动单元对称的排布在介入导管四周，介入导管的可控弯曲方向，向8个不同方向进行弯曲。

3.一种基于ipmc的主动弯曲导管的制备方法，其特征在于包括以下步骤：

4.如权利要求3所述一种基于ipmc的主动弯曲导管的制备方法，其特征在于在步骤1)中，所述导管采用任意的已临床使用的导管；ipmc驱动单元设有4个，4个ipmc驱动单元对称的排布在介入导管四周，根据供电电极的施加电压方向，实现主动弯曲功能的介入导管最多向8个不同的方向弯曲；

5.如权利要求3所述一种基于ipmc的主动弯曲导管的制备方法，其特征在于在步骤1)中，所述在介入导管的四周制备ipmc驱动单元采用原位直写的方式，具体步骤为：首先使用静电纺丝工艺在导管上直接制备出四个下电极层，所述四个下电极层呈长方形，对称分布在导管四周，使用近场诱导沉积技术在下电极层上制备nafion驱动体层，最后在nafion驱动体层上采用静电纺丝工艺制备上电极层；

6.如权利要求3所述一种基于ipmc的主动弯曲导管的制备方法，其特征在于在步骤2)中，所述制备上电极引线和下电极引线的具体步骤为：采用静电纺丝工艺在上供电电极和下供电电极上直接制备出电极引线，引线一端与供电电极相连，上下电极引线依附在导管外壁，引线另一端从导管端部引出。

7.如权利要求3所述一种基于ipmc的主动弯曲导管的制备方法，其特征在于在步骤2)中，所述上电极引线和下电极引线采用静电直写的方式直接原位制备在医用介入导管上，替换为采用化学镀、溅射金属等方式进行制备。

8.如权利要求3所述一种基于ipmc的主动弯曲导管的制备方法，其特征在于在步骤3)中，所述绝缘层采用静电纺丝的方式制备，用以形成绝缘环境。

技术总结
一种基于IPMC的主动弯曲导管，涉及智能材料领域。包括介入导管、IPMC驱动单元、上供电电极引线、下供电电极引线和绝缘层；IPMC驱动单元设在介入导管四周，IPMC驱动单元为三层结构，从上自下依次设有上供电电极、Nafion微驱动体层、下供电电极；IPMC驱动单元由上电极引线和下电极引线供电，根据施加电极的正负不同，使得介入导管向不同方向弯曲；上下供电电极引线外附有绝缘层，以使得血液中的电离子不会对电极产生影响；上下供电电极引线依附设在介入导管外壁，绝缘层分别设在IPMC驱动单元、上下电极引线的外层。实现介入导管的多自由度的主动弯曲功能，降低介入器械对血管壁的潜在损伤，提高手术效率。

技术研发人员：赵扬,罗潇潇,梅子阳,陈泓羽,张斯杰
受保护的技术使用者：厦门大学深圳研究院
技术研发日：
技术公布日：2024/1/11