碳纳米管用作MRI相容脑深部电极的可行性及其生物界面特性研究

脑深部刺激（DBS）方法是目前临床应用和基础研究的热点，但是其植入电极的金属触点材料是铂铱，这样进行超过1.5T的MRI就会因金属材料涡流效应带来安全隐患，制约了DBS的推广应用和已植入DBS患者的MRI检查。拟采用连续碳纳米管线材来代替铂铱材料，充分利用碳纳米管具有独特的物理、化学性质以及和MRI检测的相容特性，结合多年研发DBS电极的经验，通过体外模型、动物实验等研究如何采用纳米管线材制造能够符合脑深部刺激的电极触点，探索该触点在脑组织界面上的电磁特性；研究纳米管材料特性（线材直径、管长、电导率等）与其界面电磁特性的关系；对比金属电极，优化其电磁参数；比较选择更为合适的纳米管材料特性，优化纳米管植入电极。该项工作目前在国内外是一项空白，新的电极形式将革新DBS治疗方法，具有重大临床应用价值，由此探索纳米材料在生物电磁学方面的应用又具有很好的科学意义。

首先提出用碳纳米管线取代传统铂铱制作电极触点，通过体外测试和动物实验分析了其电化学特性，表明碳纳米管具有优良的电极界面特性，如电荷存储能力是铂铱的20多倍等，且性质稳定。建立了等效电路模型，分析了阻抗成分，表明其是理想的刺激电极。碳纳米管线电极的优良界面性能也为电极向小型化等方向发展提供了更大的空间。.研究了磁共振成像环境下碳纳米管线电极的伪影现象，通过水模实验和大鼠植入实验，证实其可以改善铂铱电极的磁共振成像质量，伪影减小超过50%，这能显著提高磁共振成像对电极的定位精度等。通过实验和理论分析表明磁化系数差异是影响脑起搏器电极伪影的主要因素，也是新的电极触点图像特性得到改善的主要原因。.磁共振成像使用的射频磁场可能引起电极尖端过度发热，是脑起搏器在磁共振成像中应用的最大安全隐患。提出了采用碳纳米管薄膜包覆电极的方法，显著降低了电极在磁共振环境下发热问题。体模实验表明该方法最大可将发热程度降低90%以上，不仅有望解决脑起搏器在磁共振下的临床应用问题，同时将为脑科学的研究打开一扇窗口，对心脏起搏器等其他植入式器械也有显著的应用价值。.最后通过细胞培养和最长12周的大鼠植入实验对碳纳米管宏观体材料的生物相容性进行了研究，表明其具有良好的生物相容性，初步验证了其作为长期植入材料的可行性。