[0001] 本发明涉及癌症治疗设备相关技术领域，特别是涉及摩擦纳米发电片。

[0002] 脑部肿瘤是多种癌症中最恶性的癌症之一，患者5年内的生存率仅为36％。因为大脑复杂的生理结构和丰富的生理学功能，传统的脑癌治疗方法不仅在治疗过程中遇到许多
障碍，而且多数患者预后不佳，复发率高。

[0003] 传统的手术切除、化疗、放疗和免疫治疗等脑部肿瘤的治疗方案存在复发率高、对患者损伤较大、治疗方案设计困难以及生存周期短等问题。

[0004] 近年来，除了传统的治疗技术，肿瘤电场治疗(TTFields)被认为是治疗脑肿瘤的一种新型有效的策略，它将低强度、中频的交流电场作用于增殖癌细胞的微管蛋白，干扰肿
瘤细胞有丝分裂，从而使癌细胞凋亡并抑制肿瘤生长。且相比较其他传统的放射、化疗、免
疫治疗等方法，它具有对癌细胞的高度特异性、对生物体组织毒副作用小的优点。

[0005] 但是，目前的电场治疗技术主要是植入电极治疗或在患者的头皮上放置贴片电极来治疗，通常带有从设备延伸到刺激目标的导线，需要一直携带外部电池、布线困难，频繁
地剃头和更换电池给患者造成了生理和心理负担，限制了其应用范围和对象。

[0021] 为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发
明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不
违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

[0022] 在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必
须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

[0023] 此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者
隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三
个等，除非另有明确具体的限定。

[0024] 在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连
接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内
部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员
而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

[0025] 在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在
第二特征“之上”、“上方”和“上面”可以是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表
示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是
第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

[0026] 需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以
是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平
的”、“上”、“下”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施
方式。

[0027] 目前脑部肿瘤的治疗方案在本质上还是以保守治疗手段为主，包括手术切除、化疗、放疗和免疫治疗等方法，但放疗和化疗等外科手术可能会导致严重的神经功能损伤，还
需要克服血脑屏障对药物递送的阻碍性、肿瘤微环境的复杂性、肿瘤组织的异质性以及药
物的耐受性等困难。由于高复发率和缺乏有效的治疗方案，尤其是大多数诊断为胶质母细
胞瘤的患者即使在接受传统疗法的治疗后，其5年内的生存率仍<10％。而且，肿瘤的类型、
大小和位置以及患者的年龄、病史、总体健康状况、症状类型和可能观察到的副作用等参数
在治疗过程中都要全方位、多角度的考虑到，这给治疗方案的设计增添了许多困难。

[0028] 目前已有多项研究和设备应用TTFields对肿瘤进行治疗，但现有的治疗技术主要是植入电极治疗和在患者的头皮上放置贴片电极来治疗，贴片电极长时间贴在头皮肤上会
引起轻中度皮炎，患者必须每3～4天剃一次头，加重了患者在治疗过程中的生理不适和心
理负担；其次，当前电场治疗技术采用的贴片电极无法近距离靠近肿瘤细胞位置，治疗效果
低下，治疗精准度不够，且需要经过长导线连接至外部电池，需要一直携带的外部电池，限
制了其应用范围和对象。

[0029] 采取无线植入式的医疗设备可以一定程度缓解上述问题，但是目前无线能量传输的方式主要有近场电感耦合、远场射频电磁波、中场电感耦合、光和超声等，主要是通过外
部驱动植入的生物电子接收器感应出电压和电流，大多受到设备尺寸、接收距离和生物体
组织的复杂性等的影响，而导致传输功率低下、功耗大、治疗效果不佳。

[0030] 请参考图1所示，本申请提供一种摩擦纳米发电片，包括封装层10以及设置于封装层10内部的发电组件20，发电组件20包括依次固定的第一电极层21、隔离层22以及第二电
极层23，第一电极层21与第二电极层23对应且两者的电子云密度不同，隔离层22将第一电
极层21与第二电极层23的部分位置隔离，第一电极层21与第二电极层23的其余部分位置能
够穿过隔离层22相互接触分离。

[0031] 本申请的摩擦纳米发电片植入患者体内进行治疗，一方面，当患者行动时能够带动摩擦纳米发电片进行发电，从而使得TTFields能够摆脱对电线的依赖性，减轻病人的身
体、心理负担；另一方面，摩擦纳米发电片植入患者体内后更加靠近肿瘤细胞，能够有效提
高电场治疗的效果。

[0032] 具体的，当患者行动时，摩擦纳米发电片受到外力作用，第一电极层21与第二电极层23会产生微小形变和位移，从而使得两者未被隔离层22隔离的部分发生接触分离，由于
第一电极层21与第二电极层23两者的电子云密度存在差异，因此在接触分离过程中，电荷
会从电极层表面分离并产生电势差，这种电势差可以被收集到电极层上并转化为电能，即
使是纳米级的微小移动也会使电极层上产生电荷，从而使得第一电极层21与第二电极层23
之间构成回路，进而产生电场达到治疗效果。

[0033] 此外，隔离层22能够分隔第一电极层21以及第二电极层23，避免短路；发电组件20密封于封装层10内部，以避免摩擦纳米发电片植入患者体内后，因人体组织液渗透至发电
组件20内导致发电片损坏的情况发生。

[0034] 请结合图1以及图2所示，在一些实施例中，第二电极层23包括金属材料膜23a，第一电极层21为有机材料膜。

[0035] 有机材料膜与金属材料膜23a之间的电子云密度差异明显，能够通过接触分离实现电荷的产生和聚集；此外，两者均柔软可弯曲，能够更好地与人体组织的不规则表面贴
合，减小植入时对人体的影响。

[0036] 当然，可以理解的，第一电极层21与第二电极层23的电子云密度差异越大，两者接触分离时电荷的分离量越大，产生的电势差越大，形成的电场强度越大，反之同理，因此，在
满足柔软可弯曲的前提下，第一电极层21与第二电极层23也可选择其他电子云密度差异材
料，只要电场强度能够满足治疗需求即可，本申请在此不做进一步的限定。

[0037] 以有机材料膜与金属材料膜23a为例，摩擦纳米发电片的发电原理如下：当发电片受到外力作用时，有机材料膜产生微小形变和位移，与金属材料膜23a进行接触分离，由于
电子云密度的差异，电荷会在这些材料表面分离出来，进而产生电势差，这种电势差可以被
收集到金属材料膜23a上表面的金属导电电极上并转化为电能。

[0038] 请结合图1以及图2所示，在一些实施例中，第二电极层23还包括支撑薄膜23b，支撑薄膜23b固设于金属材料膜23a远离隔离层22的一侧；支撑薄膜23b能够起到支撑固定金
属材料膜23a的作用。

[0039] 在一些实施例中，支撑薄膜23b可以为有机材料膜，以降低设备成本，当然，支撑薄膜23b也可以为其他能够起到支撑作用的材料，本申请在此不做进一步的限定。

[0040] 在一些实施例中，有机材料膜通过旋涂制备，旋涂方式能够有效控制材料膜的厚度，尽可能减少有机材料膜的厚度，从而减小摩擦纳米发电片整体厚度，降低发电片植入人
体后对人体的影响，增加生物相容性。

[0041] 在一些实施例中，金属材料膜23a通过离子溅射仪制备得到，以获得厚度较小、超薄的金属材料膜23a；当然，在满足厚度要求的前提下，本申请中的材料膜也可通过其他方
式制备。

[0042] 请参考图1所示，在一些实施例中，隔离层22与第一电极层21以及第二电极层23的边缘对应，隔离层22呈环形或框形。

[0043] 如此设置，在保证隔离层22满足第一电极层21以及第二电极层23支撑需求的同时，未被隔离层22阻挡部分的第一电极层21以及第二电极层23的面积相对较大，因此两者
接触分离更加频繁，分离的电荷量相对较大，产生的电场强度相对较大，能够取得较好的治
疗效果

[0044] 需要注意的是，隔离层22中心孔洞并非越大越好，若隔离层22中心孔洞过大，则第一电极层21未被隔离层22支撑部分存在因自重作用导致变形，并与第二电极层23始终贴合
引起短路的可能。

[0045] 但是，第一电极层21是否会形变至与第二电极层23短路，受第一电极层21以及第二电极层23的柔性、隔离层22中心孔洞大小等多种因素影响，例如，隔离层22中心孔洞大小
一定的情况下，若选用柔性较大的第一电极层21，则第一电极层21也可能形变至与第二电
极层23短路；

[0046] 因此，本申请中不对隔离层22中心孔洞大小进行限定，只要隔离层22能够满足第一电极层21以及第二电极层23的支撑需求，同时第一电极层21与第二电极层23不会始终贴
合导致短路即可。

[0047] 当然，隔离层22也可为其他形状，例如具有多个贯通孔的薄膜、由多个相互间隔的条形构成等，只要能够在支撑隔离第一电极层21以及第二电极层23的基础上，确保部分第
一电极层21以及第二电极层23直接对应，能够穿过隔离层22实现接触分离即可，本申请在
此不做一一限定。

[0048] 在一些实施例中，隔离层22包括至少一个隔离单层，各隔离单层相互叠加贴合形成隔离层22。

[0049] 隔离层22的厚度可以根据治疗电场的所需参数进行调谐，具体的，通过调整隔离层22的厚度能够调整第一电极层21与第二电极层23之间的间距，从而控制第一电极层21与
第二电极层23之间的接触分离程度，以达到产生特定的电压和频率的效果。在其他参数相
同的情况下，不同厚度的隔离层22能够产生不同的输出，以满足不同病情的治疗需求。

[0050] 若隔离层22仅包括一个隔离单层，则只需在确定具体参数要求并选定特定材料后，在隔离层22的制作过程中根据实际所需参数制备相应厚度的隔离单层即可；

[0051] 若隔离层22包括多个隔离单层，则可以在制作完成隔离单层后测量隔离单层的厚度，并通过多个隔离单层叠加贴合实现厚度调整，直至隔离层22的厚度满足实际所需参数。

[0052] 在一些实施例中，隔离层22的厚度范围为50nm～300nm，当隔离层22在该厚度范围内时，能够满足大部分治疗场景下的电场参数需求。

[0053] 在一些实施例中，隔离层22的材料为涤纶树脂、聚二甲基硅氧烷、橡胶、硅橡胶、热塑性聚氨酯弹性体、热塑性弹性体、软质聚氯乙烯、双向拉伸聚丙烯薄膜、离型膜以及离型
纸中的一种或多种。

[0054] 根据隔离层22的材料不同，隔离层22可以由不同得制备方法制备得到；例如，橡胶、硅橡胶、TPU(热塑性聚氨酯弹性体)、TPE(热塑性弹性体)、软质PVC(软质聚氯乙烯)以及
BOPP薄膜(双向拉伸聚丙烯薄膜)等材料可以通过3D打印制得，并通过贴附在第一电极层21
以及第二电极层23之间起到隔离作用。

[0055] 在一些实施例中，封装层10的材料为高分子聚合物材料，封装层10通过固定模具倒模或旋涂制备。

[0056] 摩擦纳米发电片植入人体后，封装层10与人体组织直接接触，高分子聚合物材料的生物相容性较强，对人体组织的刺激较小，能够减少植入发电片对患者的影响；此外，高
分子聚合物材料柔软可弯曲，能够与植入部位的人体组织较好的贴合，同样能够减少对人
体组织的刺激。

[0057] 而通过固定模具倒模和旋涂的方式制备封装层10，一方面能够保证封装层10的相对较小，减少发电片对人体组织的影响，另一方面能够使得批量制得的封装层10大小、厚度
以及形状均相同，从而增加发电片的一致性，便于医生进行手术植入。

[0058] 在一些实施例中，封装层10包括第一封装层11以及第二封装层12，两者紧密固定有效隔离发电组件20以及人体生物组织。

[0059] 在一些实施例中，摩擦纳米发电片的面积小于等于2.25cm2，厚度小于等于0.5cm；通过控制摩擦纳米发电片的体积，一方面能够尽可能减少发电片植入人体时对人体的影
响，另一方面使得发电片能够通过微创手术植入，减少患者的手术负担。

[0060] 以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存
在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

[0061] 以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来
说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护
范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。