專利名稱：神經(jīng)剛?cè)峤Y(jié)構(gòu)微電極的制作方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及的是一種生物醫(yī)學工程，特別是一種神經(jīng)剛?cè)峤Y(jié)構(gòu)微電極。
技術(shù)背景
神經(jīng)系統(tǒng)是一個開放的復雜的巨系統(tǒng)，對于神經(jīng)系統(tǒng)的深入研究是人類最富挑戰(zhàn)的探索。幾個世紀以來人類一直在努力探索神經(jīng)系統(tǒng)的奧秘，尋求治療神經(jīng)疾患的有效手段。隨著人們對神經(jīng)科學研究的深入，衍生了神經(jīng)工程這樣一門學科，它是神經(jīng)科學、材料科學、微電子技術(shù)以及信息科學的交叉學科，在揭示神經(jīng)系統(tǒng)的工作機理以及神經(jīng)疾病的治療和神經(jīng)康復等方面具有重要意義。神經(jīng)假體設備，如深部腦刺激器，應用神經(jīng)微電極作為神經(jīng)系統(tǒng)與外部設備的接觸界面。深部腦刺激是一種神經(jīng)外科治療方案，即用電子信號來刺激大腦，多年以來，它已變成了一個非常成功的治療方法用來治療一些難治性疾病，例如慢性疼痛，帕金森病，震顫和肌張力障礙。
在神經(jīng)工程系統(tǒng)中，最關鍵的部件就是神經(jīng)-電子接口即微電極。它的功能主要表現(xiàn)為兩種形式一種是將神經(jīng)活動轉(zhuǎn)換為電信號被記錄下來進行分析研究；另一種是利用電信號激勵或抑制神經(jīng)活動以實現(xiàn)功能性電刺激。
但是，微電極的植入會帶來多級反應，如導線的牽扯力、植入的基體材料發(fā)熱生物相容性，與腦膜的長期接觸，以及神經(jīng)組織和植入電極間的相對微動等因素都可能導致組織包裹現(xiàn)象的產(chǎn)生。電極的剛度一般較大，植入電極相對神經(jīng)組織硬度較高，以及周圍神經(jīng)具有較大的活動度等特點，導致電極與神經(jīng)間很難穩(wěn)定的固定，二者界面間存在著微動，這比質(zhì)地柔軟的縫線更容易對周圍的神經(jīng)纖維造成機械性損傷，但損傷只局限于鄰近微電極的區(qū)域內(nèi)。微動會產(chǎn)生應力集中，對神經(jīng)纖維造成慢性機械性損傷，表現(xiàn)為神經(jīng)纖維變細， 出現(xiàn)神經(jīng)纖維稀疏區(qū)，同時誘導纖維結(jié)締組織包裹，導致微電極的刺激和記錄性能下降，限制了微電極在人體周圍神經(jīng)中長期留置。因此，植入式神經(jīng)微電極最主要的局限是如何長期穩(wěn)定地對神經(jīng)進行記錄和刺激。提高微電極柔性，減小微動，對植入微電極的長期穩(wěn)定性有著十分重要的意義。
經(jīng)對現(xiàn)有技術(shù)文獻的檢索發(fā)現(xiàn)，Shih-ChangChuang ； Chang-Hsiao Chen ； Huan-Chieh Su 等在 Micro Electro Mechanical Systems (MEMS), 2010 IEEE 23rd International Conference on，vol. , no. , pp. 1003-1006, 24—28 Jan. 2010 上撰文 "Design and fabrication of flexible neural microprobe for three dimensional assembly"(“三維柔性神經(jīng)微電極的設計與制造”第23屆IEEE國際會議)。該文中提出了一種新的微電極柔性設計的方法，即利用SU-8和聚對二甲苯等聚合物材料取代硅來作為基底材料。這種方法制備的微電極，其聚合物材料的低楊氏彈性模量特性雖然可以提高微電極柔性，有利于微電極與生物組織表面的粘附，但是卻因過于柔軟而不利于微電極的手術(shù)植入。另外，該文只從材料角度考慮如何提高微電極柔性，并沒有在微電極幾何結(jié)構(gòu)方面提出合適的提高微電極柔性的改進方案。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有神經(jīng)微電極結(jié)構(gòu)的不足，提供一種神經(jīng)剛?cè)峤Y(jié)構(gòu)微電極，該微電極具有較小的剛度、微電極植入所產(chǎn)生的微動更小，可減小微電極植入所產(chǎn)生的微動，減輕對神經(jīng)細胞的損傷，提高微電極的可靠性，使微電極能夠長期穩(wěn)定的在體內(nèi)留置。
本發(fā)明的技術(shù)解決方案如下一種神經(jīng)剛?cè)峤Y(jié)構(gòu)微電極，由柄部和桿部構(gòu)成，所述的桿部是一根具有尖端的桿，該桿上設有電極位點，其特點在于所述的桿部是剛性材料制成的剛性結(jié)構(gòu)和柔性材料制成的柔性結(jié)構(gòu)相結(jié)合的結(jié)構(gòu)，包括所述的桿為柔性結(jié)構(gòu)構(gòu)成，而所述的電極位點為剛性結(jié)構(gòu)； 或所述的部桿與所述的柄部連接的一段桿為柔性結(jié)構(gòu)； 或穿在剛性結(jié)構(gòu)之間穿設柔性結(jié)構(gòu)；或所述的桿為剛性結(jié)構(gòu)，在所述的桿為剛性結(jié)構(gòu)上涂附一層柔性涂層材料。
或所述的桿部與所述的柄部連接的一段桿具有較小的直徑。
或所述的桿部具有鏤空結(jié)構(gòu)。
所述的柔性結(jié)構(gòu)的柔性材料是聚酰亞胺、苯并環(huán)丁烯、SU-8、聚二甲基硅氧烷和聚對二甲苯。
在電極表面沉積一層柔性材料涂層，創(chuàng)建軟的神經(jīng)組織和堅硬的電極間的機械緩沖層，增強電極和神經(jīng)組織的粘附程度，可以有效阻止電極和組織間的微動；所述的柔性涂層材料是指導電水凝膠、粘蛋白和聚乙烯亞胺。
本發(fā)明從怎樣阻斷、吸收微動以及阻尼減振等方面考慮，對電極結(jié)構(gòu)進行改進。需要指出的是上述方案并不是獨立的，研究者可以根據(jù)具體的設計需要，將這些方案綜合考^^ ο
本發(fā)明的技術(shù)效果如下本發(fā)明具有簡單、實用的特點，與現(xiàn)有的神經(jīng)電極相比，本發(fā)明可以有效地增強電極的柔性，降低電極剛度，達到良好的減振效果，減輕組織-電極界面的微動對神經(jīng)組織的損傷，使電極能夠長期穩(wěn)定的在體內(nèi)留置。
圖1和圖2為本發(fā)明實施例的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖中⑴和a為剛性材料的電極示意圖；(2)和b為柔性材料的電極示意圖；(3)和c為電極柄部與桿部的結(jié)合處采用柔性材料的示意圖；(4)為改進電極柄部與桿部結(jié)合處幾何結(jié)構(gòu)的示意圖；(5)、(6)為對電極整體幾何結(jié)構(gòu)進行改進的結(jié)構(gòu)示意圖； (7)和d為在電極表面沉積柔性材料涂層的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施方式
下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作詳細說明，但本發(fā)明的保護范圍不應限于下述的實施例。
一種神經(jīng)剛?cè)峤Y(jié)構(gòu)微電極，由柄部和桿部構(gòu)成，所述的桿部是一根具有尖端的桿， 該桿上設有電極位點，其特點在于所述的桿部是剛性材料制成的剛性結(jié)構(gòu)和柔性材料制成的柔性結(jié)構(gòu)相結(jié)合的結(jié)構(gòu)，包括所述的桿為柔性結(jié)構(gòu)構(gòu)成，而所述的電極位點為剛性結(jié)構(gòu)； 或所述的部桿與所述的柄部連接的一段桿為柔性結(jié)構(gòu)； 或穿在剛性結(jié)構(gòu)之間穿設柔性結(jié)構(gòu)；或所述的桿為剛性結(jié)構(gòu)，在所述的桿為剛性結(jié)構(gòu)上涂附一層柔性涂層材料。
或所述的桿部與所述的柄部連接的一段桿具有較小的直徑。
或所述的桿部具有鏤空結(jié)構(gòu)。
所述的柔性結(jié)構(gòu)的柔性材料是聚酰亞胺、苯并環(huán)丁烯、SU-8、聚二甲基硅氧烷和聚對二甲苯。
在電極表面沉積一層柔性材料涂層，創(chuàng)建軟的神經(jīng)組織和堅硬的電極間的機械緩沖層，增強電極和神經(jīng)組織的粘附程度，可以有效阻止電極和組織間的微動；所述的柔性涂層材料是指導電水凝膠、粘蛋白和聚乙烯亞胺。
第一類實施例如圖1中O)、(3)和圖2中的b、c所示，⑵和b中將基底的剛性材料用柔性材料進行替代；C3)和c中電極的關鍵部位，即電極柄部和桿部的結(jié)合處采用柔性材料。這里的剛性材料為硅材料，柔性材料為聚對二甲苯。聚對二甲苯具有很好的生物相容性和低吸濕性， 而且具有良好的機械性能和介電性質(zhì)，將其用于電極制作上，可以有效增加電極柔性，減輕微動對神經(jīng)組織的損傷，增強電極可靠性，適于長期植入。
第二類實施例圖中(4)、(5)、(6)所示為對電極幾何結(jié)構(gòu)進行改進。(4)中適量減小電極柄部和桿部的結(jié)合處的直徑；(5)中將電極桿部中心開孔；(6)中將電極桿部制成網(wǎng)狀鏤空。
本實施例通過減小電極桿部截面積，可以有效的減小電極剛度，增加電極柔性，達到良好的減振效果，從而減輕微動對神經(jīng)組織的損傷，增強電極可靠性，適于長期植入。
第三類實施例如圖1中(7)和圖2中d所示，在電極表面沉積一層導電水凝膠涂層，作為組織和電極之間的機械緩沖層。
本實施例采用的柔性材料為導電水凝膠涂層，水凝膠是一種理想的組織工程支架材料，它具有良好的三維孔隙度和水溶性，水凝膠的機械性能可以做的和腦組織相似，干燥的水凝膠在植入體內(nèi)后，其膨脹性質(zhì)使其有利于在組織內(nèi)固定。將其涂覆在電極表面，可以有效增加電極柔性，達到良好的減振效果，減輕微動對神經(jīng)組織的損傷，增強電極可靠性， 適于長期植入。
權(quán)利要求
1.一種神經(jīng)剛?cè)峤Y(jié)構(gòu)微電極，由柄部和桿部構(gòu)成，所述的桿部是一根具有尖端的桿，該桿上設有電極位點，其特征在于所述的桿部是剛性材料制成的剛性結(jié)構(gòu)和柔性材料制成的柔性結(jié)構(gòu)相結(jié)合的結(jié)構(gòu)，包括所述的桿為柔性結(jié)構(gòu)構(gòu)成，而所述的電極位點為剛性結(jié)構(gòu)； 或所述的部桿與所述的柄部連接的一段桿為柔性結(jié)構(gòu)； 或穿在剛性結(jié)構(gòu)之間穿設柔性結(jié)構(gòu)；或所述的桿為剛性結(jié)構(gòu)，在所述的桿為剛性結(jié)構(gòu)上附加柔性涂層材料； 或所述的桿部與所述的柄部連接的一段桿具有較小的直徑； 或所述的桿部具有鏤空結(jié)構(gòu)。
2.如權(quán)利要求1所述的神經(jīng)剛?cè)峤Y(jié)構(gòu)微電極，其特征在于，所述的柔性結(jié)構(gòu)的柔性材料是聚酰亞胺、苯并環(huán)丁烯、SU-8、聚二甲基硅氧烷和聚對二甲苯。
3.如權(quán)利要求1所述的神經(jīng)剛?cè)峤Y(jié)構(gòu)微電極，其特征在于，所述的柔性涂層材料是導電水凝膠、粘蛋白和聚乙烯亞胺。
全文摘要
一種神經(jīng)剛?cè)峤Y(jié)構(gòu)微電極，具有剛性結(jié)構(gòu)部分和柔性結(jié)構(gòu)部分，電極的幾何結(jié)構(gòu)得到了改進，電極表面涂覆了一層柔性材料涂層；柔性結(jié)構(gòu)部分可以完全替代剛性結(jié)構(gòu)部分，或穿在剛性結(jié)構(gòu)部分之間，或者附在剛性結(jié)構(gòu)上；剛性材料是硅或其它陶瓷材料；柔性材料是聚酰亞胺、苯并環(huán)丁烯、SU-8、聚二甲基硅氧烷和聚對二甲苯；改進電極幾何形狀的方法主要是減小電極的截面積；在電極表面沉積一層柔性材料涂層；柔性涂層材料是導電水凝膠、粘蛋白和聚乙烯亞胺。改進后的微電極柔性得到有效的提高，減輕了微動對生物組織的創(chuàng)傷，有利于電極在體內(nèi)的長期留置。
文檔編號A61N1/05GK102499666SQ201110314330
公開日2012年6月20日 申請日期2011年10月17日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月17日
發(fā)明者吳棟棟, 張文光, 羅云 申請人:上海交通大學