用于生物植入的柔性可拉伸神经探针以及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种用于生物植入的柔性可拉伸神经探针以及其制备方法，包括：第一柔性聚合物层、金属导线层和第二柔性聚合物层；其中，金属导线层包裹于第一柔性聚合物层和第二柔性聚合物层之间，并在第一柔性聚合物层或第二柔性聚合物层的表面上露出金属导线层的电极点和连接点；第一柔性聚合物层、第二柔性聚合物层设有规则排布狭缝。本发明专利技术探针不但具有柔性，其在柔性聚合物层上开有规则排布的狭缝，使得薄膜具有大的可拉伸性，同时柔性聚合物层上的狭缝使得探针两侧的生物体液得以循环从而加强植入探针的生物相容能力。

Flexible and stretchable nerve probe for biological implantation and its preparation

【技术实现步骤摘要】
用于生物植入的柔性可拉伸神经探针以及其制备方法
本专利技术涉及生物医学工程
的神经微电极，具体地，涉及一种用于生物植入的柔性可拉伸神经探针以及其制备方法。
技术介绍
在脑科学研究与脑疾病诊断中植入式电极充当着一个十分重要的角色。如今，它们不但已在一些脑疾病如癫痫、帕金森综合症以及强迫症患者的诊断和治疗过程中成功应用，而且能够在神经科学领域检测神经电信号，实施对特定神经元进行刺激，从而使得相关的研究人员能够对不同神经元的功能进行研究。传统的神经探针通常采用硅基、金属或者玻璃一类具有高杨氏模量(50～500Gpa)的材料，而生物软组织的杨氏模量不超过1Gpa,特别是脑组织是人体组织中模量最低的组织之一(1Kpa),由于脑组织在人体呼吸、血管膨胀收缩过阵中处于一种微动的状态，而植入探针电极相对于脑组织较高的模量往往会使得电极因为这种微动而不断摩擦和剪切脑组织，这会加重炎症反应以及胶质包覆从而降低电极的记录能力。通过使用柔性排线与微电极进行焊接可以让电极在植入后随着脑组织一起微动从而有效减轻因电极剪切组织引起的炎症反应；通过改变传统探针电极的基底材料可以降低探针整体的模量，使得探针的生物相容性更佳。经过针对现有技术的检索发现，瑞士洛桑联邦理工学院AndréMercanzini，PhilippeRenaud等人在IEEEMicroElectroMechanicalSystems2007会议上发表了“Demonstrationofcorticalrecordingandreducedinflammatoryresponseusingflexiblepolymerneuralprobes”一文提出了一种采用聚酰亚胺为基底绝缘材料铂金属为金属导线层材料的柔性聚合物探针，植入小鼠脑部后成功获取了局部场电位、单个和多个神经元的动作电位。聚酰亚胺和金属铂均为惰性材料，其相对硅基较小的模量在植入的过程中以及植入后对生物体本身产生较小的损伤，引起更小的排异反应。美国德克萨斯大学奥斯汀分校LanLuan，XiaolingWei，ChongXie等人在ScienceAdvance,2017,3:e1601966中撰文“Ultraflexiblenanoelectronicprobesformreliable,glialscar–freeneuralintegration”，提出了一种具有超小线宽，采用柔性SU-8聚合物为基底绝缘材料的纳米线神经探针电极，由于采用的是柔性聚合物材料，模量相对硅基或者玻璃较低，而且电极宽度仅有50微米,使得电极整体的侵入性降低，此种电极在小鼠脑内可长期持续稳定地记录神经活动达数个月。美国哈佛大学的JiaLiu，Tian-MingFu联合国家纳米科学中心的ZengguangCheng，方英等人在Naturenanotechnology，2015,10中撰文“Syringe-injectableelectronics”，提出了一种利用注射器注入生物体组织内的网状SU-8聚合物柔性电极阵列，这种网状柔性电极阵列在柔性基底上开有规则排布的网孔，在植入后让生物组织穿插生长于神经电极的网孔之间，使得神经组织和柔性电极相互渗透，在保证神经电极和生物组织良好贴合性的同时减小了生物组织和电极之间的相对运动，从而引起更小的排异反应。除此之外，美国乔治亚理工学院的电子和纳米技术研究所的WenShen，MarkG.Allen在Microsystems&Nanoengineering(2015)1中撰文“Extracellularmatrix-basedintracorticalmicroelectrodes:Towardamicrofabricatedneuralinterfacebasedonnaturalmaterials”，提出了一种采用水凝胶为探针基材的柔性探针，该水凝胶在水合后模量从3.4GPa降低到2.6MPa,在植入前相对较大的模量使得电极植入较为容易，而植入后吸收组织内的水份使得探针整体模量降低增大了生物相容性。但是，至今水凝胶没有完善的微加工工艺，很难做到小尺寸上的图形化。综上所述，采用柔性聚合物小尺寸，大开孔的柔性探针电极生物相容性相比硅基探针更佳，植入后引起更小的排异反应，但是此类电极大多只具有柔性，可沿侧向跟随组织进行摆动，不在纵向上具有可拉伸的特性。虽然水凝胶类材料在侧向和纵向上都具有可形变性，但是其至今没有成熟的微加工方法，无法进行小尺寸的图形化，因此亟需提出一种柔性可拉伸并具备良好加工特性的探针电极应用于生物组织。
技术实现思路
针对现有技术中的缺陷，本专利技术的目的是提供一种用于生物植入的柔性可拉伸神经探针以及其制备方法。根据本专利技术第一个方面，提供一种用于生物植入的柔性可拉伸神经探针，包括：第一柔性聚合物层、金属导线层和第二柔性聚合物层；其中，所述金属导线层包裹于所述第一柔性聚合物层和所述第二柔性聚合物层之间，并在所述第一柔性聚合物层或所述第二柔性聚合物层的表面上露出所述金属导线层的电极点；所述第一柔性聚合物层、所述第二柔性聚合物层设有规则排布狭缝。优选地，还包括连接口和植入孔，其中，所述连接口位于所述探针的一端，用于电学连接外接线路；所述植入孔位于所述探针的另一端，用于穿入钢针，使所述探针植入到所需要的位置。优选地，所述连接口位于所述金属导线层，并露出于所述第一柔性聚合物层或所述第二柔性聚合物层的表面上；所述植入孔设置于所述第一柔性聚合物层和所述第二柔性聚合物层，即在所述第一柔性聚合物层和所述第二柔性聚合物层形成通孔。优选地，所述第一柔性聚合物层和所述第二柔性聚合物层设有马蹄形沟槽，所述马蹄形沟槽位于所述电极点的周围，形成浮动电极。优选地，所述金属导线层的导线为弯曲走线。优选地，所述第一柔性聚合物层、所述第二柔性聚合物层的材料为非光敏型聚酰亚胺、光敏型聚酰亚胺或聚对二甲苯中的任一种；所述第一柔性聚合物层、所述第二柔性聚合物层的厚度为2～25微米。优选地，所述金属导线层包括粘附层和传导层，所述粘附层设置于所述第一柔性聚合物层的上表面，所述传导层设置于所述粘附层的上表面。优选地，所述粘附层的材料为钛、铬或钛钨合金中任一种；所述传导层的材料为金、铂、钛中任一种；所述粘附层的厚度为10～100纳米；所述传导层的厚度为200～500纳米。优选地，所述狭缝为长条形细缝、椭圆形槽或方形槽中的任一种或两种以上的复合型结构。本专利技术第二个方面，提供一种用于生物植入的柔性可拉伸神经探针的制备方法，包括：在衬底上制备第一柔性聚合物层；在所述第一柔性聚合物层上依次溅射或蒸发一层金属粘附层、一层金属传导层，在所述金属传导层上旋涂正性光刻胶作为掩膜，经过前烘、曝光、显影和后烘，采用离子束刻蚀或湿法刻蚀，得到图形化的金属导线层，即形成金属电极点和弯曲走线的导线；在图形化的所述金属导线层上方制备第二柔性聚合物层；在所述第一柔性聚合物层本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于生物植入的柔性可拉伸神经探针，其特征在于，包括：第一柔性聚合物层、金属导线层和第二柔性聚合物层；其中，/n所述金属导线层包裹于所述第一柔性聚合物层和所述第二柔性聚合物层之间，并在所述第一柔性聚合物层或所述第二柔性聚合物层的表面上露出所述金属导线层的电极点；/n所述第一柔性聚合物层、所述第二柔性聚合物层设有规则排布狭缝。/n

【技术特征摘要】
1.一种用于生物植入的柔性可拉伸神经探针，其特征在于，包括：第一柔性聚合物层、金属导线层和第二柔性聚合物层；其中，
所述金属导线层包裹于所述第一柔性聚合物层和所述第二柔性聚合物层之间，并在所述第一柔性聚合物层或所述第二柔性聚合物层的表面上露出所述金属导线层的电极点；
所述第一柔性聚合物层、所述第二柔性聚合物层设有规则排布狭缝。


2.根据权利要求1所述的一种用于生物植入的柔性可拉伸神经探针，其特征在于，还包括连接口和植入孔，其中，所述连接口位于所述探针的一端，用于电学连接外接线路；所述植入孔位于所述探针的另一端，用于穿入钢针，使所述探针植入到所需要的位置。


3.根据权利要求2所述的一种用于生物植入的柔性可拉伸神经探针，其特征在于，
所述连接口位于所述金属导线层，并露出于所述第一柔性聚合物层或所述第二柔性聚合物层的表面上；
所述植入孔设置于所述第一柔性聚合物层和所述第二柔性聚合物层，即在所述第一柔性聚合物层和所述第二柔性聚合物层形成通孔。


4.根据权利要求1所述的一种用于生物植入的柔性可拉伸神经探针，其特征在于，
所述第一柔性聚合物层和所述第二柔性聚合物层分别设有马蹄形沟槽，所述马蹄形沟槽位于所述电极点的周围，形成浮动电极。


5.根据权利要求1所述的一种用于生物植入的柔性可拉伸神经探针，其特征在于，所述金属导线层的导线为弯曲走线。


6.根据权利要求1所述的一种用于生物植入的柔性可拉伸神经探针，其特征在于，所述第一柔性聚合物层、...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘景全，郭哲俊，吉博文，王隆春，奚野，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：上海;31