基于水凝胶溶胀特性的可控自变形神经微电极制造技术

本发明专利技术公开了一种基于水凝胶溶胀特性的可控自变形神经微电极，包括：水凝胶层，在接触液体时，水凝胶层中水凝胶吸水膨胀；Parylene材质电极基底，Parylene材质电极基底与水凝胶层互相连接并固定，其中，在微电极植入人体过程中或完成植入后的预设时间内，且水凝胶层吸水膨胀时，使得不发生膨胀且应力情况不同的Parylene材质电极基底发生变形，以使微电极整体发生弯曲变形。该微电极可以将水凝胶用于实现微电极整体的自弯曲变形，提高微电极的适用性，有效保证微电极的可靠性，简单易实现。

Controlled self deformation microelectrode based on swelling characteristics of hydrogel

The invention discloses a self deformation neural microelectrode, controllable hydrogel swelling properties based on hydrogel layer, including: in contact with liquid, water gel swelling hydrogel layer; Parylene material electrode substrate, electrode substrate material and Parylene hydrogel layer are mutually connected and fixed, which is completed in the microelectrodes implanted in the process of the body or implanted in a preset time after, and the swelling hydrogel layer, which does not occur and should be expanded Parylene material electrode substrate force of different deformation, so that the overall bending deformation of microelectrode. The microelectrode can be used to realize the self bending deformation of the microelectrode, improve the applicability of the microelectrode, and effectively guarantee the reliability of the microelectrode, and is simple and easy to implement.

【技术实现步骤摘要】
基于水凝胶溶胀特性的可控自变形神经微电极
本专利技术涉及医疗器械和生物
，特别涉及一种基于水凝胶溶胀特性的可控自变形神经微电极。
技术介绍
人们对世界的感知是基于感觉神经的输入，而感觉神经的输入通过神经元膜电位的变化来进行表达，而这种电信号在人体内所有神经元细胞上都是相同的，不论该信号的用途和产生方式。电刺激能引起人体细胞兴奋并产生动作电位，植入式神经假体能利用电刺激为神经受损的患者构建神经旁路，使患者得以重新与失联的肢体或身体器官取得联系，恢复缺失功能。神经微电极则是各类神经假体的关键元器件，研究需要将微执行器制作工艺与临床应用相结合。神经微电极植入人体后，其与神经组织的接合程度决定了其能发挥作用的效果，微电极的整体形状应该与需植入部位的形状特征相匹配。人体各部分器官形状各异，加上患者间本身存在人体差异性，神经微电极除了应该可以根据不同临床需求改变形状外，在放置人体的过程中亦应可以允许医护人员进行调整。例如，人的耳蜗是一个由充满淋巴液的狭长管道紧密缠绕成竖直螺旋锥体，耳蜗管基底膜上的柯蒂氏器内有内毛细胞和外毛细胞，能将淋巴液流动的机械能转化为电信号。重度感音性神经聋患者的毛细胞存在损伤，需要植入人工耳蜗，将阵列式微电极植入螺旋状的耳蜗鼓阶内，通过电极对相应部位的听觉神经细胞直接施以电刺激来替代毛细胞的功能。耳蜗中毛细胞具有频率拓扑分布，即不同的基底膜部分分布着感知不同频率声信号的毛细胞，故通过分布在不同区域的多通道电极激励，能够实现声音频率的分离。理论上，具有更多通道和电极数的电极阵列，能够提供更高的频率分辨率；同时，微电极与基底膜各部位的贴合情况亦会影响刺激效果。现有人工耳蜗微电极的形状有直线型和弯曲形两种。直线形电极凭借其柔性，在手术植入过程中受耳蜗形状制约形成螺旋状。这种电极由于自身弹性，在耳蜗内与鼓阶外侧形成接触，距离神经细胞所在的基底膜较远，刺激效果逊于弯曲电极。另一种弯曲形电极在植入前由一根刚度较大的金属细丝保持为直线形，随电极植入过程中逐步缓慢抽出金属丝，使电极弯曲为螺旋形并紧贴鼓阶内侧的基底膜，刺激效果较好，但由于金属丝刚度较高，手术过程中损伤基底膜的概率增加。又例如，眼球后视神经束上集合了所有的视神经纤维，视神经假体是一种安放在眼后视神经束上的人工假体，与当前主要用于视网膜的人工假体不同，视神经假体对视网膜发生病变，甚至眼球缺失的患者带来部分恢复视力的希望。这种神经假体需要将微电极缠绕或紧箍在眼后视神经束上，亦有采用微针阵列式电极，将微针刺穿视神经束上的鞘膜，直接对深层的视神经纤维进行刺激以提高分辨率。因此，此类电极需要呈环状或袖套的基底，以往的视神经假体一般采用预先制作成型的卡夫电极，为了便于手术植入，微电极应在安放人体的过程中才自行变形成所需形状，其自变形时所产生的驱动力亦可用于将微针推入神经组织中。相关技术中，在微电极的制备过程中已经可以根据临床需要制作成不同形状，例如一种基于自应力弯曲的环状卡夫微电极的制备方法，其通过控制微电极Parylene基底层的厚度及热处理条件，调整不同Parylene层的自身应力情况，来实现自环状弯曲，形成卡夫(袖套式)电极。然而，该方法只能在制备过程中设定微电极的形状，不能在放置人体的过程中对微电极的形状进行调整，亦无法令微电极根据所处环境结构自行做出改变。
技术实现思路
本专利技术旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本专利技术的目的在于提出一种基于水凝胶溶胀特性的可控自变形神经微电极，该微电极可以提高微电极的适用性，有效保证微电极的可靠性，简单易实现。为达到上述目的，本专利技术实施例提出了一种基于水凝胶溶胀特性的可控自变形神经微电极，包括：水凝胶层，在接触液体时，所述水凝胶层中水凝胶吸水膨胀；Parylene材质电极基底，所述Parylene材质电极基底与所述水凝胶层互相连接并固定，其中，在微电极植入人体过程中或完成植入后的预设时间内，且所述水凝胶层吸水膨胀时，使得不发生膨胀且应力情况不同的所述Parylene材质电极基底发生变形，以使所述微电极整体发生弯曲变形。本专利技术实施例的基于水凝胶溶胀特性的可控自变形神经微电极，在微电极植入人体过程中或完成植入的一定时间内，通过水凝胶层吸水膨胀，从而使得不发生膨胀且应力情况不同的Parylene材质电极基底发生变形，以使微电极整体发生弯曲变形，将水凝胶用于实现微电极整体的自弯曲变形，提高微电极的适用性，有效保证微电极的可靠性，简单易实现。另外，根据本专利技术上述实施例的基于水凝胶溶胀特性的可控自变形神经微电极还可以具有以下附加的技术特征：进一步地，在本专利技术的一个实施例中，根据根据所述水凝胶的变形影响因素和所述微电极植入环境的特定离子浓度、酸碱度以及温度，通过改变所述水凝胶的材料设计，或对所述水凝胶的种类、组分与合成条件进行调整，以获得满足预设条件的所述水凝胶，以控制所述微电极在植入人体过程中或完成植入后的预设时间内的变形触发条件、变形量、持续时间及所述变形速度。进一步地，在本专利技术的一个实施例中，所述水凝胶层的厚度为非均匀厚度，以使得所述微电极的弯曲角度、变形量、变形方向和形状满足第一预设变形目标。进一步地，在本专利技术的一个实施例中，所述Parylene材质电极基底材料的厚度为非均匀厚度，以使得所述微电极的弯曲角度、变形量、变形方向和形状满足第二预设变形目标。进一步地，在本专利技术的一个实施例中，根据所述微电极需植入位置的形状及特性确定所述水凝胶层或/和Parylene材质电极基底的厚度信息，以使所述微电极变形为弧形、螺旋形或圆形，使得所述微电极紧贴需进行神经刺激及感知的神经组织。进一步地，在本专利技术的一个实施例中，所述微电极根据所述水凝胶层或/和Parylene材质电极基底的厚度弯曲成袖套或环形。进一步地，在本专利技术的一个实施例中，所述微电极通过所述水凝胶层在神经束上进行锚定。可选地，在本专利技术的一个实施例中，所述水凝胶的材质包括聚乙二醇二丙烯酸酯、聚乙烯醇、细菌纤维-聚乙烯醇、明胶、海藻酸钠、透明质酸、琼脂糖、壳聚糖、胶原、聚甲基丙烯酸羟乙酯、聚丙烯酰胺、聚氨酯类、聚丙烯酸、聚丙烯酸钠、聚丙烯酸-丙烯酸钠、聚氧化乙烯、聚N异丙基丙烯酰胺、聚乙二醇甲基丙烯酸酯和聚乙二醇二丙烯酸酯-聚乙二醇二甲基丙烯酸酯中的一种或多种。本专利技术附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本专利技术的实践了解到。附图说明本专利技术上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：图1为根据本专利技术一个实施例的基于水凝胶溶胀特性的可控自变形神经微电极的结构示意图；图2为根据本专利技术另一个实施例的基于水凝胶溶胀特性的可控自变形神经微电极的三维结构示意图；图3为根据本专利技术一个实施例的弯曲变形的效果示意图；图4为根据本专利技术一个实施例的微电极箍住神经束示意图；图5为根据本专利技术一个实施例的微电极变形后可呈不规则形状示意图；图6为根据本专利技术一个实施例的微电极变形后可呈曲率半径可变的螺距为零的螺旋状示意图；图7为根据本专利技术一个实施例的微电极实例变形前结构及电极基底层沟槽结构示意图；图8为根据本专利技术一个实施例的微电极变形后可呈螺旋状变形示意图；图9为根据本专利技术一个实施例的微电极呈现螺本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于水凝胶溶胀特性的可控自变形神经微电极，其特征在于，包括：水凝胶层，在接触液体时，所述水凝胶层中水凝胶吸水膨胀；Parylene材质电极基底，所述Parylene材质电极基底与所述水凝胶层互相连接并固定，其中，在微电极植入人体过程中或完成植入后的预设时间内，且所述水凝胶层吸水膨胀时，使得不发生膨胀且应力情况不同的所述Parylene材质电极基底发生变形，以使所述微电极整体发生弯曲变形。

【技术特征摘要】
1.一种基于水凝胶溶胀特性的可控自变形神经微电极，其特征在于，包括：水凝胶层，在接触液体时，所述水凝胶层中水凝胶吸水膨胀；Parylene材质电极基底，所述Parylene材质电极基底与所述水凝胶层互相连接并固定，其中，在微电极植入人体过程中或完成植入后的预设时间内，且所述水凝胶层吸水膨胀时，使得不发生膨胀且应力情况不同的所述Parylene材质电极基底发生变形，以使所述微电极整体发生弯曲变形。2.根据权利要求1所述的基于水凝胶溶胀特性的可控自变形神经微电极，其特征在于，根据所述水凝胶的变形影响因素和所述微电极植入环境的特定离子浓度、酸碱度以及温度，通过改变所述水凝胶的材料设计，或对所述水凝胶的种类、组分与合成条件进行调整，以获得满足预设条件的所述水凝胶，以控制所述微电极在植入人体过程中或完成植入后的预设时间内的变形触发条件、变形量、持续时间及所述变形速度。3.根据权利要求1所述的基于水凝胶溶胀特性的可控自变形神经微电极，其特征在于，所述水凝胶层的厚度为非均匀厚度，以使得所述微电极的弯曲角度、变形量、变形方向和形状满足第一预设变形目标。4.根据权利要求1所述的基于水凝胶溶胀特性的可控自变形神经微电极，其特征在于，所述Parylene材质...

【专利技术属性】
技术研发人员：尤政，罗川，黄立男，胡发德，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：北京,11