一种基于酢浆草仿生结构的柔性神经微电极及制备方法技术

本发明专利技术涉及一种基于酢浆草仿生结构的柔性神经微电极及制备方法，结构包括柔性电极基底，聚乙烯绝缘护套包裹的漆包铜导线，PDMS封装包层，电极焊盘处和导线聚合处的硅酮密封胶等，其中漆包铜导线和柔性电极焊盘之间的连接，通过导电银浆实现。类似由三片小叶组成的掌状复叶结构，柔性电极基底也采用了相似的倒三角形叶片结构，可用于多脑区皮层的同步神经信号记录。本发明专利技术的制备方法，通过MEMS聚合物薄膜加工工艺，实现金属记录电极点和柔性电极焊盘分别在底面和顶面异侧分布，便于漆包铜导线与柔性电极焊盘的垂直连接。本发明专利技术方法简单易行，机械强度良好，并能够有效避免和脑组织的刚性接触，可满足长期埋植采集脑皮层电信号的神经科学研究应用需求。

【技术实现步骤摘要】
一种基于酢浆草仿生结构的柔性神经微电极及制备方法
本专利技术属于生物医学工程
的神经微电极，涉及一种基于酢浆草仿生结构的柔性神经微电极及制备方法。
技术介绍
作为新兴柔性神经接口之一的柔性微型脑皮层电极，能够在大脑皮层表面采集高分辨率、高信噪比、宽频率范围的脑皮层电信号(electrocorticogram，ECoG)，包含皮层神经元群体活动信息，已经在脑电分布记录，治疗刺激和脑机接口系统上表现出巨大潜力。随着微机电(Micro-electromechanicalsystems,MEMS)技术的飞速发展，柔性微型脑皮层电极可以获得超小尺寸电极点，甚至能够在皮层表面记录到单个神经元活动。但是，大多数现有技术面向的主要是急性短时间的神经信号记录，而稳定可靠的长期植入技术仍是非常关键，亟待解决的难题之一。其中，柔性电极接口的连接形式对是否能够长期可靠植入以及适应低模量脑组织有重要影响。现有基于聚酰亚胺基底的柔性神经微电极焊盘接口多采用以下四种连接形式：1、利用各向异性导电胶(anisotropicconductivefilm，ACF)，热压电极焊盘接口到柔性电路板(flexibleprintedcircuit，FPC)排线；2、直接将电极焊盘接口端，插入集成在刚性印刷电路板(printedcircuitboard，PCB)上的零插入力(zeroinsertionforce，ZIF)接口内；3、将刚性针座连接器直接插入带有孔洞结构的电极焊盘内，通过例如焊膏实现连接；4、将可以与多通道电生理信号记录系统直接连接的刚性接口，如Omnetics接口，通过焊膏将接口的焊脚焊接在柔性电极焊盘正上方。前两种连接形式，FPC或PCB始终与柔性电极所在平面处于平行状态，实际埋植时，FPC往往需要经过弯折以适应与大脑皮层垂直向上的后端记录接口；PCB由于是刚性的，往往需要在柔性电极设计时，延长器件长度，通过柔性电极在植入后自身弯曲，满足和垂直向上布置的PCB之间的连接。第三种连接方式，针座上刚性排针垂直插入柔性电极孔状焊盘，虽然针座连接器接口垂直向上，但是由于针座连接器与柔性电极之间是刚性连接，不利于柔性神经微电极的长期埋植。最后一种连接方式，虽然Omnetics接口也是垂直向上，但同样与柔性电极之间存在刚性连接问题。经过针对现有技术的检索发现，美国加州大学伯克利分校LedochowitschP，FélusRJ等人在IEEE24thInternationalConferenceonMicroElectroMechanicalSystems.IEEE,2011:1031-1034撰文“Fabricationandtestingofalargearea,highdensity,paryleneMEMSμECoGarray”，利用各向异性导电胶热压连接柔性ECoG电极焊盘和基于聚对二甲苯(Parylene)的FPC排线一端，另一端同样通过ACF热压连接到PCB板卡上。与柔性电极平行的扁平FPC排线，实际埋植时往往需要经过弯折，保证与PCB连接端和大脑皮层垂直。在长期埋植时，往往需要通过涂覆明胶海绵和牙科水泥，将整个FPC排线固定起来，由此带来的机械挤压和FPC排线自身弯折都容易造成FPC排线的失效。美国纽约大学InsanallyM,TrumpisM等研究人员在Journalofneuralengineering,2016,13(2):026030撰文“Alow-cost,multiplexedμECoGsystemforhigh-densityrecordingsinfreelymovingrodents”，将基于聚酰亚胺柔性基底的ECoG电极焊盘端直接插入ZIF接口，ZIF接口焊接在带有多路复用前置放大器的PCB板卡上。这里，由于板卡是刚性的，如果进行长期埋植实验，只能让柔性电极导线部分弯折一定角度，保证PCB与大脑皮层垂直固定。如果通过延长器件长度来适应弯折变形，则会对器件制备提出更高的要求，例如在固定尺寸晶片上制备的器件数量和成品率会降低，同时在植入过程和埋植后，更容易因为拉扯挤压等形变，造成柔性电极失效。德国弗莱堡大学RubehnB,BosmanC等人在Journalofneuralengineering,2009,6(3):036003撰文“AMEMS-basedflexiblemultichannelECoG-electrodearray”，聚酰亚胺柔性基底ECoG电极的采用圆孔状焊盘设计，针座连接器上的刚性排针垂直插入圆孔状焊盘，随后依次点涂焊膏，并用焊铁在250℃下完成焊接。这种方式由于针座连接器与柔性电极之间是刚性连接，不仅会对柔性电极造成潜在机械损伤，同时穿过的排针即使在封装状态下也有可能对柔软脑组织造成刚性接触压迫，不利于柔性神经微电极的长期埋植。除此之外，德国不莱梅大学TolstosheevaE,Gordillo-GonzálezV等人在Sensors,2015,15(1):832-854撰文“Amulti-channel,flex-rigidECoGmicroelectrodearrayforvisualcorticalinterfacing”，他们在柔性电极焊盘上预先涂覆焊膏，再将Omnetics接口的平面焊脚面向焊点进行对准，挤压和加热焊接。这种方式虽然也保证了Omnetics接口垂直向上，但是同样存在Omnetics接口和柔性电极的刚性连接问题。综上所述，目前绝大多数文献报道的用于ECoG脑电信号采集的柔性神经微电极的焊盘连接方式，存在扁平排线或柔性电极本身需要弯折，或柔性电极焊盘与刚性接口直接集成封装的问题，限制了ECoG柔性神经微电极在动物体内进行长期埋植实验。因此亟需提出一种适用于长期埋植实验的柔性电极焊盘连接方法，为神经科学研究提供强度良好、生物相容、与脑组织柔性接触的脑机接口工具。
技术实现思路
要解决的技术问题为了避免现有技术的不足之处，本专利技术提出一种基于酢浆草仿生结构的柔性神经微电极及制备方法，制备工艺简单，而且结构强度可靠，适合于进行长期埋植实验。技术方案一种基于酢浆草仿生结构的柔性神经微电极，其特征在于包括柔性电极基底1、聚乙烯绝缘护套包裹的漆包铜导线3、PDMS封装包层5和金属记录电极点7；柔性电极基底1为三叶片的酢浆草掌状复叶结构，为三片倒三角叶片；叶片结构上设有多根漆包铜导线3，导线3的终点上设有金属记录电极点7；多根漆包铜导线3在三叶片中心集束后形成叶杆，集束后的多根漆包铜导线3的外部为PDMS封装包层5。所述多根漆包铜导线3按照每个叶片形成一束，每束外部设有聚乙烯绝缘护套4。所述多根漆包铜导线3在叶杆根部设有导线聚合处弹性密封胶6，保护漆包铜导线。所述多根漆包铜导线3连接叶片展开的始端设有柔性电极焊盘8，导线上覆盖有导电银浆9。所述每根漆包铜导线直径为40～100微米。一种制备所述基于酢浆草仿生结构的柔性神经微电极，其特征在于步骤如下：步骤1：在硅片上方沉积一层金属铝作为金本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于酢浆草仿生结构的柔性神经微电极，其特征在于包括柔性电极基底(1)、聚乙烯绝缘护套包裹的漆包铜导线(3)、PDMS封装包层(5)和金属记录电极点(7)；柔性电极基底(1为三叶片的酢浆草掌状复叶结构，为三片倒三角叶片；叶片结构上设有多根漆包铜导线(3)，导线(3)的终点上设有金属记录电极点(7)；多根漆包铜导线(3)在三叶片中心集束后形成叶杆，集束后的多根漆包铜导线(3)的外部为PDMS封装包层(5)。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于酢浆草仿生结构的柔性神经微电极，其特征在于包括柔性电极基底(1)、聚乙烯绝缘护套包裹的漆包铜导线(3)、PDMS封装包层(5)和金属记录电极点(7)；柔性电极基底(1为三叶片的酢浆草掌状复叶结构，为三片倒三角叶片；叶片结构上设有多根漆包铜导线(3)，导线(3)的终点上设有金属记录电极点(7)；多根漆包铜导线(3)在三叶片中心集束后形成叶杆，集束后的多根漆包铜导线(3)的外部为PDMS封装包层(5)。


2.根据权利要求1所述基于酢浆草仿生结构的柔性神经微电极，其特征在于：所述多根漆包铜导线(3)按照每个叶片形成一束，每束外部设有聚乙烯绝缘护套(4)。


3.根据权利要求1所述基于酢浆草仿生结构的柔性神经微电极，其特征在于：所述多根漆包铜导线(3)在叶杆根部设有导线聚合处弹性密封胶(6)，保护漆包铜导线。


4.根据权利要求1所述基于酢浆草仿生结构的柔性神经微电极，其特征在于：所述多根漆包铜导线(3)连接叶片展开的始端设有柔性电极焊盘(8)，导线上覆盖有导电银浆(9)。


5.根据权利要求1所述基于酢浆草仿生结构的柔性神经微电极，其特征在于：所述每根漆包铜导线直径为40～100微米。


6.一种制备权利要求1～5任一项所述基于酢浆草仿生结构的柔性神经微电极，其特征在于步骤如下：
步骤1：在硅片上方沉积一层金属铝作为金属牺牲层；
步骤2：在金属牺牲层上方旋涂一层可光刻型聚酰亚胺材料，通过光刻、显...

【专利技术属性】
技术研发人员：吉博文，冯慧成，常洪龙，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61