一种脑内信号采集器件及其制备方法、脑机接口技术

本申请涉及一种脑内信号采集器件及其制备方法、脑机接口，脑内信号采集器件包括生物丝蛋白基底；位于生物丝蛋白基底上的脑电极；脑电极用于采集脑电信号；位于脑电极上的第一生物丝蛋白绝缘层；位于第一生物丝蛋白绝缘层上的颅内信息采集层；颅内信息采集层用于采集颅内温和颅内压；位于颅内信息采集层上的生物丝蛋白封装层。该脑内信号采集器件具备多功能、可植入、可体内降解、可长期在体稳定记录、高时空分辨率等优势，不仅可以采集脑电信号，还可以采集颅内信息，从而可以实时监控颅内出血、颅内感染等问题。

【技术实现步骤摘要】
一种脑内信号采集器件及其制备方法、脑机接口
本申请涉及脑功能探测领域，特别涉及一种脑内信号采集器件及其制备方法、脑机接口。
技术介绍
在神经系统中，大量的神经元不断地产生和传递电生理信号，以实现神经元和大脑不同区域间的信号交流。脑电信号采集记录是基础脑科学和脑疾病分析诊断中必不可少的研究手段，高性能的脑电信号采集技术不仅有助于解码大脑的工作原理，而且还促进了基于此的一系列高精尖科技发展，如脑机接口研究和神经调控技术等。在过去的十年中，在国内和国际的政策倡议以及硅基电子工业制造技术的成熟推动下，几种不同种类的神经电极技术的陆续出现，这些技术能够更精确、更详细和更长期地记录神经元群的活动。脑电极按照植入部位与信息采集方式的不同，通常被分为非侵入式、半侵入式和侵入式三种，非侵入式的头皮脑电极(采集EEG信号)直接贴附头皮而无需手术，但采集信号因颅骨阻碍衰减而不精确；半侵入式皮层脑电极(采集ECoG信号)贴附皮层，脑电信号较为精确；侵入式深部电极(采集LFP、Spikes信号)直接植入大脑深部，距离目标神经元更近的空间距离使其具有更高的空间分辨率、检测精确度与信噪比。由此可见，通过微创植入，具有长期在体安全性并具有高通量脑电信号采集的植入式深部电极正在逐步成为未来脑科学研究的主流技术之一。目前，植入式深部电极的发展历史也经历了材料的迭代更新与性能的不断进步。最早的可长期记录大脑活动的植入电极由绝缘微丝制成，所使用材料也为钨、镍铬、铂铱合金等具有较好生物相容性且不易被腐蚀的重金属，以满足长期使用的需求。相比于金属材质电极，以密歇根电极和犹他电极为代表的硅基微电极具有更好的生物相容性与良好的机械性能，因而具有更广泛的临床及研究应用。密歇根电极是一种基于硅平面制作电极，在单柄电极表面布置多个神经记录位点，形成的高密度电极阵列可同时记录大量脑电信号，可以实现三维空间的脑电记录。犹他电极基于微机电系(Micro-Electro-MechanicalSystem,MEMS)加工工艺制作，在尖端布置记录点电极阵列，具有高密度、高通量、小体积等特点，可同时收集数十甚至上百个神经元的放电信号，足以满足大多数神经电生理学实验的需求。因为优异的生物相容性与在体安全性，犹他电极被美国食品和药物管理局(FDA)批准可用于人类大脑信号记录的在体记录研究，有效慢性在体记录时间可达到3个月或更长。但是，一方面，上述两种都是硬质不可弯曲的脑电记录监测电极，通过手术植入脑组织后，由于尺寸与力学性能的差异，使得电极和脑组织之间发生相对微移动并引起炎症反应，难以实现神经电生理信号的长期在体稳定读取。另一方面，灵长类大脑皮层的表面沟回密集，因而这类平面电极通常无法大范围测量信号，只能用来测量微小区域内的脑电神经信号。此外，对于开颅使用且不可降解的皮层脑电极，通常使用时需要先进行创伤极大的开颅手术，当监测任务完成时还需移除脑电极并缝合伤口。然而，对于一些需要长期进行皮层脑电信号监测的病人，有必要将脑电极保留在脑中并缝合好，同时进行长期的脑电信号观察，痊愈后二次开颅清除电极，这在一定程度上增加了病人的痛苦。脑电极发展至今，经历了重创开颅式不可降解脑电极、重创且可降解脑电极和微创植入式且不可降解脑电极。现有文献报道的微创植入式且长期监测不可降解神经电极，仍存在以下方面亟待改进：1)目前报道的脑电信号采集工具大多数功能较单一，或者有相关功能但集成性不佳，无法实时同步测定如颅内压、颅内温等重要生理医学信息；2)对于某些应用，这些通过新的微创手术植入颅内的神经电极，虽然减轻了患者开颅手术时所承受的痛苦，但是待电极监测任务完成后仍需要二次手术消除相关电极，需经历再次损伤。
技术实现思路
本申请实施例提供了一种脑内信号采集器件及其制备方法、脑机接口，具备多功能、可植入、可降解、可长期在体稳定记录等优势，解决了现有技术中脑电信号采集器件功能单一、无法长期在体稳定记录等问题。一方面，本申请实施例提供了一种脑内信号采集器件，包括：生物丝蛋白基底；位于生物丝蛋白基底上的脑电极；脑电极用于采集脑电信号；位于脑电极上的第一生物丝蛋白绝缘层；位于第一生物丝蛋白绝缘层上的颅内信息采集层；颅内信息采集层用于采集颅内温和颅内压；位于颅内信息采集层上的生物丝蛋白封装层。可选的，生物丝蛋白封装层掺有特异性敏感酶，用于接收到外界触发信号时能够自行降解。可选的，脑电极用于贴附大脑皮层表面采集脑电信号；或；脑电极用于深入大脑皮层采集脑电信号。可选的，颅内信息采集层包括热敏电阻和压敏电阻，热敏电阻用于采集颅内温，压敏电阻用于采集颅内压；热敏电阻与压敏电阻之间设有第二生物丝蛋白绝缘层。可选的，热敏电阻的材料、脑电极和压敏电阻的材料均为体内可降解的金属导电材料。可选的，生物丝蛋白基底的厚度、脑电极的厚度、第一生物丝蛋白绝缘层的厚度、颅内信息采集层的厚度与生物丝蛋白封装层的厚度之和小于等于20微米。可选的，生物丝蛋白基底的材料或第一生物丝蛋白绝缘层的材料或生物丝蛋白封装层的材料为体内可降解的蚕丝蛋白。另一方面，本申请实施例提供了一种脑内信号采集器件的制备方法，包括：获取硅衬底；于硅衬底上形成牺牲层；于牺牲层上形成生物丝蛋白基底；于生物丝蛋白基底上形成脑电极；脑电极用于采集脑电信号；于脑电极上形成第一生物丝蛋白绝缘层；于第一生物丝蛋白绝缘层上形成颅内信息采集层；颅内信息采集层用于采集颅内温和颅内压；于颅内信息采集层上形成生物丝蛋白封装层；释放牺牲层，得到脑内信号采集器件。可选的，于生物丝蛋白封装层内掺入特异性敏感酶。可选的，颅内信息采集层包括热敏电阻和压敏电阻，热敏电阻用于采集颅内温，压敏电阻用于采集颅内压；于第一生物丝蛋白绝缘层上形成颅内信息采集层，包括：于第一生物丝蛋白绝缘层上通过金属工艺生长热敏电阻；于热敏电阻表面形成第二生物丝蛋白绝缘层；于第二生物丝蛋白绝缘层表面通过光刻金属工艺形成压敏电阻。可选的，生物丝蛋白基底的材料为蚕丝蛋白；于硅衬底上形成牺牲层之后，于牺牲层上形成生物丝蛋白基底之前，包括：获取蚕丝蛋白基底；获取蚕丝蛋白基底，包括：将蚕茧剪碎置于碳酸钠溶液中加热并搅拌，进行脱胶，形成蚕丝；将蚕丝置于超纯水中搅拌洗涤捏干，重复数次，进行干燥；将干燥后的蚕丝浸没于溴化锂溶液中，保温一定时间，得到蚕丝蛋白与溴化锂的混合溶液；将蚕丝蛋白与溴化锂的混合溶液装入透析袋中，置于超纯水中透析；透析后，将透析袋中的溶液进行离心分离，收集上层清液，得到蚕丝蛋白溶液；对蚕丝蛋白溶液进行固化干燥，得到蚕丝蛋白基底。另一方面，本申请实施例提供了一种脑机接口，包括上述的脑内信号采集器件、排线和外部连接器；排线的一端与脑内信号采集器件连接，排线的另一端与外部连接器连接；外部连接器，用于连接外部脑内信号输出电路。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种脑内信号采集器件，其特征在于，包括：/n生物丝蛋白基底；/n位于所述生物丝蛋白基底上的脑电极；所述脑电极用于采集脑电信号；/n位于所述脑电极上的第一生物丝蛋白绝缘层；/n位于所述第一生物丝蛋白绝缘层上的颅内信息采集层；所述颅内信息采集层用于采集颅内温和颅内压；/n位于所述颅内信息采集层上的生物丝蛋白封装层。/n

【技术特征摘要】
1.一种脑内信号采集器件，其特征在于，包括：
生物丝蛋白基底；
位于所述生物丝蛋白基底上的脑电极；所述脑电极用于采集脑电信号；
位于所述脑电极上的第一生物丝蛋白绝缘层；
位于所述第一生物丝蛋白绝缘层上的颅内信息采集层；所述颅内信息采集层用于采集颅内温和颅内压；
位于所述颅内信息采集层上的生物丝蛋白封装层。


2.根据权利要求1所述的脑内信号采集器件，其特征在于，所述生物丝蛋白封装层掺有特异性敏感酶，用于接收到外界触发信号时能够自行降解。


3.根据权利要求1所述的脑内信号采集器件，其特征在于，所述脑电极用于贴附大脑皮层表面采集所述脑电信号；
或；所述脑电极用于深入所述大脑皮层采集所述脑电信号。


4.根据权利要求1所述的脑内信号采集器件，其特征在于，所述颅内信息采集层包括热敏电阻和压敏电阻，所述热敏电阻用于采集所述颅内温，所述压敏电阻用于采集所述颅内压；
所述热敏电阻与所述压敏电阻之间设有第二生物丝蛋白绝缘层。


5.根据权利要求4所述的脑内信号采集器件，其特征在于，所述热敏电阻的材料、所述脑电极和所述压敏电阻的材料均为体内可降解的金属导电材料。


6.根据权利要求1所述的脑内信号采集器件，其特征在于，所述生物丝蛋白基底的厚度、所述脑电极的厚度、所述第一生物丝蛋白绝缘层的厚度、所述颅内信息采集层的厚度与所述生物丝蛋白封装层的厚度之和小于等于20微米。


7.根据权利要求1所述的脑内信号采集器件，其特征在于，所述生物丝蛋白基底的材料或所述第一生物丝蛋白绝缘层的材料或所述生物丝蛋白封装层的材料为体内可降解的蚕丝蛋白。


8.一种脑内信号采集器件的制备方法，其特征在于，包括：
获取硅衬底；
于所述硅衬底上形成牺牲层；
于所述牺牲层上形成生物丝蛋白基底；
于所述生物丝蛋白基底上形成脑电极；所述脑电极用于采集脑电信号；

【专利技术属性】
技术研发人员：陶虎，杨会然，魏晓玲，周志涛，
申请(专利权)人：中国科学院上海微系统与信息技术研究所，
类型：发明
国别省市：上海;31