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体内能量转换器件是指能够将人体内机械能、热能或化学能等能量转换成电能的器件。体内能量转换器件的结构设计、制备以及临床应用是近年来的研究热点,尤其是将体内能量转换器件用于组织修复具有很好的临床应用价值,同时也具有挑战性。植入式葡萄糖燃料电池利用人体内的葡萄糖和氧气产生电能,可避免电池能量耗竭的问题,随着电子器件小型化、低功耗化发展而受到人们的广泛关注。本论文针对近年来快速发展的柔性植入式电子器件的供能问题,以具有良好生物相容性以及优异柔韧性的细菌纤维素(bacterial cellulose,BC)为基体,通过分别复合葡萄糖氧化和氧还原非生物催化剂,制备了柔性植入式非生物葡萄糖燃料电池的阳极和阴极,并研究了电极在生理条件下的葡萄糖氧化及氧还原性能。此外,针对目前电刺激在周围神经修复应用中存在的外部电极引起疼痛、感染以及刺激不精确的问题,我们将植入式燃料电池与导电神经支架结合,首次提出并制备了可利用人体内葡萄糖和氧气的氧化还原反应产生电刺激的自发电神经支架,为电刺激在神经修复中的应用提供了全新的方案。以BC为基体,通过复合纳米PtAu合金催化剂,制备了 BC/PtAu柔性葡萄糖氧化膜电极。通过硼氢化钠还原氯铂酸、氯金酸,在BC膜上负载了不同含量的纳米PtAu合金颗粒;PtAu纳米颗粒均匀分布在BC纳米纤维网络中,BC/PtAuⅡ中的纳米颗粒平均粒径为23.0±3.2 nm。BC/PtAuⅡ有良好的葡萄糖氧化催化活性,同时在体液氧浓度条件下具有良好的耐氧性;其细胞毒性与BC接近。此外,BC/PtAuⅡ电极具有优异的柔韧性,拉伸强度为56.5±12.7 MPa,断裂伸长率为(17.2±3.5)%,可用作柔性植入式葡萄糖燃料电池的阳极。以BC为基体,通过聚多巴胺(polydopamine,PDA)辅助非电金属化,制备了 BC/PDA/Ag柔性氧还原膜电极。PDA均匀复合在BC纤维上,有效提高了纳米银的负载量。BC/PDA/Ag的导电率为2.72±0.13 s cm-1,比BC/Ag提高了两个数量级。BC/PDA/Ag氧还原催化活性、催化稳定性均比BC/Ag显著提高。此外,BC/PDA/Ag具有良好的柔韧性以及抗葡萄糖干扰能力,可用作柔性植入式葡萄糖燃料电池的阴极。以BC为基体,通过复合聚吡咯(polypyrrole,PPy)作为导电基底,然后复合阴、阳极催化剂,制备了二维自发电神经支架。首先通过氧化聚合法在BC纳米纤维上原位复合PPy,制备了 BC/PPy导电基底膜;经过优化的BC/PPy断裂强度达41.2±4.7 MPa,断裂伸长率为15.4±1.8%,导电率为1.51±0.05 s cm-1。然后通过电化学沉积法在BC/PPy导电基底膜的一端复合纳米铂作为阳极,通过浸渍吸附法在另一端复合氮掺杂碳纳米管(nitrogen-doped carbon nanotubes,N-CNTs)作为阴极,制备了 Pt-BC/PPy-NCNTs二维自发电神经支架。此外,以静电纺丝聚己内酯(polycaprolactone,PCL)取向纤维膜为基体,设计制备了 Pt-hPCL/PPy-NCNTs三维自发电取向导电神经导管。在含5 mM葡萄糖的磷酸盐缓冲液(phosphate buffer saline,PBS)中,Pt-BC/PPy-NCNTs 二维自发电神经支架阴极和阳极之间的电势差为350±28 mV;在细胞培养基(Dulbecco’s modified eagle medium,DMEM)中,阴极和阳极之间可以保持 6 h以上100 mV的电势差。采用背根神经节(dorsal root ganglia,DRG)培养在体外研究了Pt-BC/PPy-NCNTs自发电神经支架对轴突再生的作用;结果表明,与BC/PPy导电支架相比,Pt-BC/PPy-NCNTs自发电支架明显促进了轴突的生长。采用大鼠坐骨神经缺损模型在体内研究了 Pt-BC/PPy-NCNTs自发电神经支架对神经再生的作用;步态分析、再生神经组织切片苏木精-伊红(hematoxylin-eosin,HE)染色、免疫荧光染色及TEM观察结果表明,与BC/PPy导电支架相比,Pt-BC/PPy-NCNTs自发电支架促进了大鼠坐骨神经再生。