一种柔性电极阵列阵‑光纤复合神经电极及其制备方法技术

本发明专利技术提供一种柔性电极阵列‑光纤复合神经电极，所述神经电极包括柔性电极阵列、光纤和支撑结构，其中所述支撑结构表面设置有凹槽，所述光纤固定于所述凹槽内部，所述柔性电极阵列包括依次连接的焊点、互连导线和记录位点三个区域，所述焊点区域固定于所述支撑结构的表面，所述互连导线和记录位点区域卷曲包覆于光纤表面。所述复合神经电极经聚乙二醇(PEG)固化后可植入大脑的特定脑区，利用光纤导入光信号，可刺激或抑制特定脑区特定类型神经元的电生理信号发放，再由柔性电极阵列检测该神经元的电生理信号，可有机地将电生理信号检测和光遗传技术相结合，对神经环路、神经疾病和神经假体等研究具有重要的应用价值。

A flexible electrode array nerve fiber composite electrode and its preparation method

The invention provides a flexible electrode array composite fiber optic nerve electrode, the nerve electrode comprises a flexible electrode array, fiber and supporting structure, wherein the support structure is arranged on the surface of the groove, the optical fiber is fixed in the inner part of the groove of the flexible electrode array comprises successively connected joints, interconnection and recording sites of three regions, the joint region is fixed on the supporting structure of the surface of the interconnect wires and recording sites curly coated on the surface of optical fiber. The composite nerve electrode by polyethylene glycol (PEG) after curing can be implanted in the brain specific brain areas, using the optical fiber optical signal, electrophysiological signaling can stimulate or inhibit specific brain region specific types of neurons, the electrophysiological signal detection of the flexible electrode array of neurons, can organically electrophysiological signal detection and the light of genetic technology, has important application value for the research of neural circuits, neurological diseases and prosthesis.

【技术实现步骤摘要】
一种柔性电极阵列阵-光纤复合神经电极及其制备方法
本专利技术涉及神经科学和生物仪器工程
，具体地，涉及一种柔性电极阵列/光纤复合神经电极及其制备方法。
技术介绍
神经电极是脑-机接口技术的热点研究内容，能够提供大脑神经元与电子系统的信息交互界面，在神经认知行为和疾病治疗等方面具有重要的应用前景。现有神经电极包括脑电图(EEG)电极、脑皮层(ECoG)电极和植入式电极，其中植入式神经电极，尤其是植入式神经电极阵列可通过动作电位分辨单个神经细胞的电活动，实现高时空分辨率和大范围神经元电活动的同时检测。植入式神经电极阵列通常采取部分通道电刺激诱导神经细胞的电发放，其余通道检测神经细胞的电发放信号。刺激电极的主要原理是直接施加电场扰动，并通过电极阵列将扰动传导至大脑的特定脑区，使得脑区附近所有神经细胞强制性发放。电刺激方式的优点是能直接影响神经电活动，且平台建设简易。但由于电刺激施加的电场范围较大且不具有方向性，其在传播过程中往往会使得目标脑区周围非相干脑区的正常电活动受到干扰，并导致非相干脑区的误激活；此外，电刺激方式往往会激活目标脑区中所有类型的神经元(甚至胶质细胞)，这令检测特定脑区的特定类型神经元活动变得十分困难。光遗传是指结合光学与遗传学手段精确控制特定脑区神经元活动的技术，该技术整合了光学、软件控制、基因操作、电生理等多学科交叉技术。其主要原理是采用基因操作技术将光感基因转入到神经系统中特定类型的细胞内进行特殊离子通道或G蛋白偶联受体(GPCR)的表达。光感离子通道在不同波长的光照刺激下会分别对阳离子或阴离子的通过产生选择性，从而使细胞膜的膜电位发生变化，达到对细胞选择性地兴奋或抑制的目的。该技术克服了传统手段控制细胞活动的缺点，具有独特的时空分辨率和细胞类型特异性两大特点，能对神经元进行精准定位刺激操作。光电复合电极在原有记录电极的基础上增加了光传输通道，实现了光刺激特定脑区特定类型神经元的同时，进行电生理记录。最常用的光电复合电极采用光纤与微丝电极整合实现，该光电复合电极经济实用，但是空间精度和机械性能有很大的局限性。因此，需要研究拥有新结构和应用新材料的光电复合电极。
技术实现思路
针对现有技术中存在的技术问题，本专利技术提供一种柔性电极阵列-光纤复合神经电极及其制备方法，本专利技术制备的复合神经电极经固化后可植入大脑的特定脑区，利用光纤导入光信号，可刺激或抑制特定脑区神经元的电生理信号发放，再由柔性电极阵列检测该神经元的电生理信号，可有机地将电生理信号检测和光遗传技术相结合，对神经环路、神经疾病和神经假体等研究具有重要的应用价值。为达到上述目的，本专利技术采用以下技术方案：本专利技术目的之一在于提供一种柔性电极阵列阵-光纤复合神经电极，所述神经电极包括柔性电极阵列、光纤和支撑结构，其中所述支撑结构表面设置有凹槽，所述光纤固定于所述凹槽内部，所述柔性电极阵列包括依次连接的焊点、互连导线和记录位点三个区域，所述焊点区域固定于所述支撑结构的表面，所述互连导线和记录位点区域卷曲包覆于光纤表面。其中，柔性电极阵列具有良好的柔韧性和亲水性，在液体表面张力和液体与电极之间范德华力作用下卷曲包覆于光纤表面，其中光纤可对记录位点起导向作用。作为本专利技术优选的技术方案，所述柔性电极阵列包括依次连接的柔性衬底层、导电层和柔性绝缘层。优选地，所述柔性电极阵列的焊点区域通过柔性衬底层与基底硅片结合。优选地，所述焊点区域与基底硅片相连固定于所述支撑结构设置有凹槽一侧的表面。优选地，所述柔性电极阵列固定于所述支撑结构设置有凹槽一侧的表面。作为本专利技术优选的技术方案，所述柔性衬底层和柔性绝缘层的原料分别独立地包括SU8光刻胶、聚酰亚胺或聚对二甲苯中任意一种或任意至少两种的组合，所述组合典型但非限制性实例有：SU8光刻胶和聚酰亚胺的组合、聚酰亚胺和聚对二甲苯的组合、聚对二甲苯和SU8光刻胶的组合或SU8光刻胶、聚酰亚胺和聚对二甲苯的组合等。优选地，所述柔性衬底层的厚度为0.5～10μm，如0.5μm、1μm、2μm、3μm、4μm、5μm、6μm、7μm、8μm、9μm或10μm等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用，优选为1～8μm，进一步优选为5μm。优选地，所述柔性绝缘层的厚度为0.5～10μm，如0.5μm、1μm、2μm、3μm、4μm、5μm、6μm、7μm、8μm、9μm或10μm等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用，优选为0.5～5μm，进一步优选为0.5μm。优选地，所述导电金属层的原料包括金、铂或铱中任意一种或至少两种的组合，所述组合典型但非限制性实例有：金和铂的组合、铂和铱的组合、铱和金的组合或金、铂和铱的组合等。优选地，所述导电金属层的厚度为20～500nm，如20nm、30nm、40nm、50nm、80nm、100nm、150nm、200nm、250nm、300nm、400nm或500nm等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用，优选为50～300nm，进一步优选为200nm。优选地，所述柔性绝缘层与所述导电金属层之间设置有粘附层。优选地，所述粘附层的原料包括铬或钽。优选地，所述粘附层的厚度为1～50nm，如1nm、2nm、5nm、8nm、10nm、15nm、20nm、25nm、30nm、35nm、40nm、45nm或50nm等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用，优选为3～15nm，进一步优选为5nm。作为本专利技术优选的技术方案，所述柔性电极阵列上设置有记录位点。优选地，所述记录位点的形状为圆形。优选地，所述记录位点的个数为1～800个，如1个、10个、20个、50个、100个、200个、300个、400个、500个、600个、700个或800个等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用，优选为1～100个，进一步优选为10个。优选地，所述记录位点的直径为5～40μm，如5μm、10μm、15μm、20μm、25μm、30μm、35μm或40μm等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用，优选为10～30μm，进一步优选为10μm。优选地，所述记录位点个数大于1时，所述记录位点的间距为50～500μm，如50μm、100μm、150μm、200μm、250μm、300μm、350μm、400μm、450μm或500μm等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用，优选为100～200μm，进一步优选为150μm。作为本专利技术优选的技术方案，所述神经电极采用微纳米加工方法制备得到。优选地，所述微纳米加工方法包括溅射牺牲层、光刻或刻蚀形成衬底层、蒸镀金属导电层、光刻或刻蚀形成绝缘层和腐蚀牺牲层。作为本专利技术优选的技术方案，所述光纤的长度为2～180mm，如2mm、5mm、10mm、20mm、50mm、80mm、100mm、120mm、150mm或180mm等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用，优选为10～50mm，进一步优选为25mm。优选地，所述光纤的直径为100～400μm，如100μm、150μm、本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种柔性电极阵列‑光纤复合神经电极，其特征在于，所述神经电极包括柔性电极阵列、光纤和支撑结构，其中所述支撑结构表面设置有凹槽，所述光纤固定于所述凹槽内部，所述柔性电极阵列包括依次连接的焊点、互连导线和记录位点三个区域，所述焊点区域固定于所述支撑结构的表面，所述互连导线和记录位点区域卷曲包覆于光纤表面。

【技术特征摘要】
2017.08.24 CN 20171073362521.一种柔性电极阵列-光纤复合神经电极，其特征在于，所述神经电极包括柔性电极阵列、光纤和支撑结构，其中所述支撑结构表面设置有凹槽，所述光纤固定于所述凹槽内部，所述柔性电极阵列包括依次连接的焊点、互连导线和记录位点三个区域，所述焊点区域固定于所述支撑结构的表面，所述互连导线和记录位点区域卷曲包覆于光纤表面。2.根据权利要求1所述的神经电极，其特征在于，所述柔性电极阵列包括依次连接的柔性衬底层、导电层和柔性绝缘层；优选地，所述柔性电极阵列的焊点区域通过柔性衬底层与基底硅片结合；优选地，所述焊点区域与基底硅片相连固定于所述支撑结构设置有凹槽一侧的表面；优选地，所述柔性电极阵列固定于所述支撑结构设置有凹槽一侧的表面。3.根据权利要求2所述的柔性电极阵列，其特征在于，所述柔性衬底层和柔性绝缘层的原料分别独立地包括SU8光刻胶、聚酰亚胺或聚对二甲苯中任意一种或至少两种的组合；优选地，所述柔性衬底层的厚度为0.5～10μm，优选为1～8μm，进一步优选为5μm；优选地，所述柔性绝缘层的厚度为0.5～10μm，优选为0.5～5μm，进一步优选为0.5μm；优选地，所述导电金属层的原料包括金、铂或铱中任意一种或至少两种的组合；优选地，所述导电金属层的厚度为20～500nm，优选为50～300nm，进一步优选为200nm；优选地，所述柔性绝缘层与所述导电金属层之间设置有粘附层；优选地，所述粘附层的原料包括铬或钽；优选地，所述粘附层的厚度为1～50nm，优选为3～15nm，进一步优选为5nm。4.根据权利要求1-3任一项所述的神经电极，其特征在于，所述柔性电极阵列上设置有记录位点；优选地，所述记录位点的形状为圆形；优选地，所述记录位点的个数为1～800个，优选为1～100个，进一步优选为10个；优选地，所述记录位点的直径为5～40μm，优选为10～30μm，进一步优选为10μm；优选地，所述记录位点个数大于1时，所述记录位点的间距为50～500μm，优选为100～200μ...

【专利技术属性】
技术研发人员：方英，邹亮，王晋芬，管寿梁，
申请(专利权)人：国家纳米科学中心，
类型：发明
国别省市：北京,11