可植入电极制造技术

根据本发明专利技术，提供了一种包括用于向生物细胞或组织传递电信号或从生物细胞或组织传递电信号的电极的可植入装置。选择电极材料以在电导率、生物相容性和生物结垢方面表现出所需的性能。本发明专利技术还提供了一种包括这种可植入电极的可植入装置。

Implantable electrode

According to the present invention, an implantable device including an electrode for communicating electrical signals to biological cells or tissues or transmitting electrical signals from biological cells or tissues is provided. Electrode materials are chosen to exhibit the desired properties in terms of electrical conductivity, biocompatibility, and biological fouling. The present invention also provides an implantable device comprising such implantable electrodes.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】可植入电极
本专利技术涉及可植入材料和装置的领域。具体地，本专利技术涉及用于将电信号运载到和/或来自与电极直接接触的生物细胞或组织的电极。
技术介绍
已经研究并提出了几种材料和装置，以模拟、探测或/和恢复不同生物组织和细胞的活性。用于细胞刺激或细胞监测的生物相容性电极仍然需要作为用作脑机械接口的装置的构件。作为示例，在20世纪90年代早期实施的第一个成功的神经痛-耳蜗植入物是神经接口装置，其使用电极阵列以电脉冲刺激耳蜗中的听觉神经。外周神经的电刺激已经从临床医生获得了用于治疗疼痛、用于恢复运动功能和用于治疗癫痫的许多兴趣。此外，神经工程研究团体已经调查了用于中枢神经系统CNS的各种神经接口装置。这样的装置被设计成通过具有深部脑刺激的适当的电荷递送来调节情绪障碍、癫痫或帕金森病引起的症状。大脑信号的记录已被用于控制脑-计算机接口，BCI[1]。可植入装置和神经接口尤其面临几个挑战：-减少植入物周围的炎症反应和神经胶质增生，因为这些降低了传递到装置/从装置传递的信噪比或导致慢性记录失败[2]；-改善神经接口的空间分辨率，其允许收集和传递信号到或来自神经元密集脑的一部分；-选择性刺激精确区域以诱导来自CNS的特异性应答。在下文和本申请的整个说明书中，术语生物相容性将用于指植入装置及其组成材料在其植入环境中执行其所需功能的能力，保持有益的细胞和组织反应，而不是引起身体中不期望的局部或全身效应。此外，植入装置或材料的生物结垢(bio-fouling)是指组织在装置或材料上的不受控制的生长。虽然几种材料已经被测试用于体内生物植入应用，但是聚合物由于其可塑性和生物相容性而是当今选择的材料。在脑-机械接口中，BMI、聚合物主要用作半导体材料的封装基质。已知几种聚合物比如聚(3,4-亚乙基二氧噻吩)、PEDOT、聚苯胺或聚噻吩具有导电性能。导电聚合物的使用可以增加植入材料的生物相容性并且能够与周围细胞相互作用。然而，导电聚合物对由生物结垢或在大脑的常驻免疫细胞中摄取材料引起的阻抗变化仍然非常敏感[3]。Estephan等人在“通过其肽识别氮化铟半导体表面的噬菌体(PhagesrecognizingtheIndiumNitridesemiconductorsurfaceviatheirpeptides)”中讨论了氮化铟的生物相容性，J.Pept.Sci.2011；17:143-147。专利文献WO2009/065171A1公开了一种用于耳蜗植入物的电极阵列。本文讨论了使用硅来防止细胞或组织粘附到植入物。
技术实现思路
因此，本专利技术的目的是提供一种用于将电信号从植入装置传送到生物细胞或从生物细胞传送到植入装置的可植入电极，其克服了现有技术的至少一些缺点。根据本专利技术的第一方面，提供了一种用于承载电信号的可植入电极。该电极包括用于直接接触生物细胞或组织的至少一个部分。该电极的显著特征在于，所述部分由氮化铟InN制成，使得所述部分是导电的或半导电的，并且使得抑制所述部分上的细胞粘附。第一部分的表面可以包括具有杂质的薄层，比如三氧化二铟In2O3或痕量的氢。优选地，电极可以完全由氮化铟InN制成。电极部分可优选包括所述电极的涂层。涂层可更优选完整地覆盖所述电极。电极部分可优选包括用于将电极电连接到生物细胞或组织的连接装置。连接装置可优选包括所述电极的至少一个电极端。特别地，电极可以是线状的。优选地，电极可以包括至少一个部分，其不同于所述的由InN制成的部分，并且其中所述第二部分由导电或半导电材料制成。电极可优选地具有包括顶层的层状结构，所述顶层包括由InN制成的所述部分，用于直接接触生物细胞或组织。根据本专利技术的另一方面，提供了一种可植入装置。可植入装置包括至少一个用于承载电信号的电极，其符合根据本专利技术的电极。优选地，该装置是电子装置。该装置还可以包括信号处理装置，其可操作地连接到所述电极，并且配置为处理由所述电极承载的信号。根据本专利技术的另一方面，提供了一种氮化铟InN的用途，作为用于接触生物细胞或组织、用于携带电信号和用于抑制电极上的细胞粘附的可植入电极材料。根据本专利技术的可植入电极可以用于向或从生物细胞或组织传递电信号，植入电极与该生物细胞或组织直接接触。直接接触其中植入电极的生物组织的电极的至少一部分由氮化铟InN制成。已经观察到InN在一种材料中重新组合了用于可植入电极的几种期望的性质。即它是导电的(或半导电的)，它抑制细胞粘附，因此即使其在长时间内直接与细胞接触，也抑制细胞在其表面上的生长。此外，它对其植入的生物环境没有毒性。抑制InN上的细胞粘附和细胞生长意味着这些现象被阻止或显著减慢，这取决于与InN接触的细胞。由于InN上的细胞生长受到抑制，所以与已知的可植入电极材料相比，上述生物结垢现象减少。减少的生物结垢或生物粘附的效果是观察到的对于由电极携带的电信号可测量的信噪比的改善。实际上，一旦在植入期间在电极和细胞/组织之间建立了适当的接触，接触的质量不会受到生物结垢的损害。因此增强了植入物的寿命，这减少了对于植入人员的电极维护和/或重复手术的需要。尽管已经建议聚合物涂层改善已知的可植入导电电极的生物相容性，但是使用InN电极消除了对特定涂层的需要，因为电极材料本身表现出与电极直接接触的细胞/组织的生物相容性。因此，与由其它材料制成的已知的可植入电极相比，根据本专利技术的可植入电极更容易生产和维持。由于使用InN电极消除了对聚合物涂层的需要，因此减轻了与聚合物毒性有关的问题。已经发现InN的毒性水平非常低。附图说明通过附图示出了本专利技术的几个实施例，附图不限制本专利技术的范围，其中：-图1a和1b分别示意性地示出了具有GaN和InN顶层的样品的结构；-图2a和2b分别示出了使用图1的样品获得的细胞系MCF10A和HS-5的细胞存活率结果；-图3a和3b示出了使用图1的样品获得的细胞粘附结果，其中不同细胞系在GaN和InN样品上的粘附性分别显示在图3a和3b中；-图4示意性地示出了根据本专利技术的可植入电极的优选实施例；-图5示意性地示出了根据本专利技术的可植入电极的优选实施例；-图6示意性地示出了根据本专利技术的可植入电极的优选实施例；-图7示意性地示出了根据本专利技术的可植入电极的优选实施例；-图8示意性地示出了根据本专利技术的可植入电极的优选实施例的剖视图；-图9示意性地示出了根据本专利技术的可植入电极的优选实施例的剖视图；-图10示意性地示出了根据本专利技术的可植入装置的优选实施例。具体实施方式本部分基于优选实施例和附图更详细地描述本专利技术。应当理解，针对特定实施例呈现的技术特征可以与其他实施例的特征组合，除非另有特别说明。首先，描述用于获得所呈现的结果的材料和方法。材料和方法为了模拟在包括顶层即包括氮化铟InN材料的细胞接触层的装置的存在下的细胞行为，通过使用化学气相沉积CVD在蓝宝石或硅基底上合成不同的结构。图1a和1b中所示的结构包括蓝宝石的底部绝缘层，其作为形成电极的若干层的基底。顶层是在测试期间与生物细胞直接接触的唯一层。图1a示出了由GaN制成的细胞接触顶层，而图1b示出了由InN制成的细胞接触层。顶层具有约200nm的厚度。选择所示的中间层以便优化电信号到和来自GaN或InN顶层的传输。它们的存在不影响关于顶层的生物粘附和毒性的结果。从现有本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种可植入装置(100)，包括用于承载电信号的至少一个电极(10、20、30、40、50、60、110)，其特征在于，所述电极包括用于直接接触生物细胞或组织的至少一个部分(12、22、32、42、52、62)，其中，所述部分(12、22、32、42、52、62)由氮化铟InN制成，使得所述部分是导电或半导电的，并且从而抑制所述部分上的细胞粘附。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.09.10 LU LU925401.一种可植入装置(100)，包括用于承载电信号的至少一个电极(10、20、30、40、50、60、110)，其特征在于，所述电极包括用于直接接触生物细胞或组织的至少一个部分(12、22、32、42、52、62)，其中，所述部分(12、22、32、42、52、62)由氮化铟InN制成，使得所述部分是导电或半导电的，并且从而抑制所述部分上的细胞粘附。2.根据权利要求1所述的装置，其中，所述电极完全由氮化铟InN制成。3.根据权利要求1所述的装置，其中，所述至少一个电极部分(42)包括所述电极的涂层。4.根据权利要求3所述的装置，其中，所述涂层完整地覆盖所述电极。5.根据权利要求1至4中任一项所述的装置，其中，所述电极部分包括用于将所述电极电连接到生物细胞或组织的连接装置。6...

【专利技术属性】
技术研发人员：D勒诺布尔，JS托曼，V帕利索，
申请(专利权)人：卢森堡科学技术研究院，
类型：发明
国别省市：卢森堡,LU