一种双向皮层脑电极制备方法及其制备的双向皮层脑电极技术

本发明专利技术公开了一种双向皮层脑电极制备方法及其制备的双向皮层脑电极。该双向皮层脑电极制备方法包括以下步骤：S1：制备聚合物基底层；S2：制备聚合物封装层；S3：制备蚕丝蛋白功能层；S4：制备铝掩膜层；S5：制备网格结构；S6：制备电极位点和连接位点；S7：制备蚕丝蛋白药物释放载体；S8：制备双向皮层脑电极。本发明专利技术可以避免蚕丝蛋白药物释放载体和电极位点的位置重叠，使得药物刺激作用不会干扰到皮层脑电信号的采集；本发明专利技术有利于研究药物作用于脑皮质连接网络的时空分布特点，也有利于原位评估药物的疾病干预治疗效果；本发明专利技术可以在动态采集皮层脑电信号的同时及时可控地进行相关脑疾病的药物干预治疗。

【技术实现步骤摘要】
一种双向皮层脑电极制备方法及其制备的双向皮层脑电极
本专利技术涉及神经科学
，具体涉及一种双向皮层脑电极制备方法及其制备的双向皮层脑电极。
技术介绍
近年来，随着全世界范围“脑计划”的推出，脑电信号采集显得愈发重要。目前，凭借柔性电子学的发展和相关先进生物材料的开发，以柔性神经电极为主要工具的脑电信号采集监测是研究大脑皮质神经连接通路和高级认知功能重要且基础的研究平台，也是诊断、监测预警、调控并治疗各种神经疾病(如癫痫、阿尔茨海默病、帕金森病、抑郁症等)的有力工具。神经电极按照使用时对研究对象的创伤程度可分为无创、微创和有创三类。其中无创的神经电极脑电图信号的信噪比因颅骨阻碍衰减而较差，更适合用于无创脑机接口的开发及应用，以及脑相关疾病的预警监测。微创的神经电极通过外科手术或手术机器人植入脑内深部核团，由于其空间分布的局限性难以用于探究神经元放电在不同大脑区域中的传导路径。皮层脑电极虽然需要进行外科开颅手术，但其通过超薄柔性电极基底和机械生物相容性材料的使用最大程度地降低了手术风险。在需要进行外科开颅手术的活体动物模型实验中，结合药物刺激的双向皮层脑电极可以有效评估细胞类型特异性体外培养生物分子和药物对脑组织的作用。凭借时域、频域和空间分布丰富的皮层脑电数据，还可以研究正常情况和药物干预下的脑电传播效应和皮层脑网络的结构连接。在神经外科临床领域中，皮层脑电监测是术前定位癫痫患者致痫灶并决定手术治疗方案的关键技术。癫痫发作过程中长时间的高频神经放电往往会对大脑造成损害，与传统的静脉注射和血液循环给药方法相比，药物(如苯巴比妥、拉莫三嗪、腺苷等)在脑内的释放更快，效果更好，对癫痫的治疗非常有利，结合药物刺激的双向皮层脑电极有助于实现癫痫的诊断治疗并动态监测治疗过程。然而，现有的结合药物刺激的双向皮层脑电极仍存在许多不足之处，包括药物释放层和电极位点的位置可能会出现重叠，导致药物刺激作用干扰皮层脑电信号的采集；药物释放层的形状和位置不可根据实际使用需求进行设计；在使用时通常先进行给药，然后再进行皮层脑电信号采集，由于药物释放速度较快，导致皮层脑电极不能在药物释放的第一时间进行皮层脑电信号的采集，无法实现动态采集皮层脑电信号的同时及时可控地进行相关脑疾病的药物干预治疗。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种双向皮层脑电极制备方法及其制备的双向皮层脑电极，以克服现有技术中存在的上述不足之处。为了达到上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：本专利技术一方面提供了一种双向皮层脑电极制备方法，该方法包括以下步骤：S1：制备聚合物基底层；S2：制备聚合物封装层；S3：制备蚕丝蛋白功能层；S4：制备铝掩膜层；S5：制备网格结构；S6：制备电极位点和连接位点；S7：制备蚕丝蛋白药物释放载体；S8：制备双向皮层脑电极。优选的，所述步骤S1包括：S11：提供一基底，在所述基底上生长牺牲层；S12：在所述牺牲层表面形成聚合物基底层。优选的，所述步骤S2包括：S21：在所述聚合物基底层表面生长电极材料层；S22：在所述电极材料层表面形成聚合物封装层。优选的，所述步骤S3包括：在所述聚合物封装层上旋涂蚕丝蛋白溶液制备得到蚕丝蛋白功能层。优选的，所述步骤S4包括：在所述蚕丝蛋白功能层表面溅射沉积一层铝，并通过第一次光刻图形化制备得到铝掩膜层。优选的，所述步骤S5包括：在所述牺牲层上刻蚀所述蚕丝蛋白功能层、所述聚合物封装层和所述聚合物基底层制备得到网格结构。优选的，所述步骤S6包括：S61：在所述铝掩膜层上进行第二次光刻图形化；S62：在所述电极材料层上刻蚀所述蚕丝蛋白功能层和所述聚合物封装层，制备得到用于记录皮层脑电信号的电极位点和用于将记录的皮层脑电信号传输到脑电信号采集设备的连接位点。优选的，所述步骤S7包括：S71：在所述铝掩膜层上进行第三次光刻图形化；S72：在所述聚合物封装层上根据预先设计的形状和位置刻蚀所述蚕丝蛋白功能层，并将刻蚀后的结构浸入含有待加载药物的溶剂制备得到蚕丝蛋白药物释放载体。优选的，所述步骤S8包括：释放所述步骤S7所得结构上的牺牲层，制备得到具有采集皮层脑电信号功能和药物刺激功能的双向皮层脑电极。本专利技术另一方面提供了一种利用上述双向皮层脑电极制备方法之一制备的双向皮层脑电极。与现有技术相比，本专利技术具有如下有益效果：1、本专利技术采用以铝为硬掩膜版的光刻工艺和MEMS工艺融合制备具有采集皮层脑电信号功能和药物刺激功能的双向皮层脑电极，两种工艺兼容性较好，且都具有微米级的加工精度，避免了蚕丝蛋白药物释放载体和电极位点的位置重叠，从而使得药物刺激作用不会干扰到高质量皮层脑电信号的采集；2、本专利技术蚕丝蛋白药物释放载体的形状和位置可以根据实际使用需求进行预先设计，能够实现在蚕丝蛋白药物释放载体的不同位置上加载药物，有利于研究药物作用于脑皮质连接网络的时空分布特点，也有利于原位评估药物的疾病干预治疗效果；3、本专利技术可同时原位评估药物分子对多脑区神经放电活动的影响，也可在动态采集皮层脑电信号的同时及时可控地进行相关脑疾病如癫痫的药物干预治疗。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或者现有技术中的技术方案，下面将对实施例或者现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它附图。图1是本专利技术实施例一提供的双向皮层脑电极制备方法的流程示意图，其中：1-基底，2-牺牲层，3-聚合物基底层，4-电极材料层，5-聚合物封装层，6-蚕丝蛋白功能层，7-铝掩膜层，8-网格结构，9-电极位点，10-连接位点；图2是本专利技术实施例一提供的静息、癫痫和苯巴比妥释放状态的皮层脑电功率谱密度曲线示意图；图3是本专利技术实施例一提供的癫痫大鼠在药物释放前后皮层脑电各通道电压信号示意图；图4是本专利技术实施例一提供的静息、癫痫和苯巴比妥治疗状态的皮层脑电频谱图。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本专利技术进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本专利技术的范围。实施例一本实施例提供了一种双向皮层脑电极制备方法，如图1所示，该方法包括以下步骤：S1：制备聚合物基底层。本步骤中，制备聚合物基底层的具体过程包括：S11：提供一基底1，在所述基底1上生长牺牲层2。本步骤中，选取硅片作为基底1，先采用清洗液(如浓H2SO4)对所述硅片进行清洗，然后采用PECVD在所述基底1表面生长SiO2作为牺牲层2。当然，所述基底1和所述牺牲层2还可以选择其他合适的材料，在此不做限制。...

【技术保护点】
1.一种双向皮层脑电极制备方法，其特征在于，包括以下步骤：/nS1：制备聚合物基底层(3)；/nS2：制备聚合物封装层(5)；/nS3：制备蚕丝蛋白功能层(6)；/nS4：制备铝掩膜层(7)；/nS5：制备网格结构(8)；/nS6：制备电极位点(9)和连接位点(10)；/nS7：制备蚕丝蛋白药物释放载体；/nS8：制备双向皮层脑电极。/n

【技术特征摘要】
1.一种双向皮层脑电极制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：制备聚合物基底层(3)；
S2：制备聚合物封装层(5)；
S3：制备蚕丝蛋白功能层(6)；
S4：制备铝掩膜层(7)；
S5：制备网格结构(8)；
S6：制备电极位点(9)和连接位点(10)；
S7：制备蚕丝蛋白药物释放载体；
S8：制备双向皮层脑电极。


2.根据权利要求1所述的双向皮层脑电极制备方法，其特征在于，所述步骤S1包括：
S11：提供一基底(1)，在所述基底(1)上生长牺牲层(2)；
S12：在所述牺牲层(2)表面形成聚合物基底层(3)。


3.根据权利要求2所述的双向皮层脑电极制备方法，其特征在于，所述步骤S2包括：
S21：在所述聚合物基底层(3)表面生长电极材料层(4)；
S22：在所述电极材料层(4)表面形成聚合物封装层(5)。


4.根据权利要求3所述的双向皮层脑电极制备方法，其特征在于，所述步骤S3包括：
在所述聚合物封装层(5)上旋涂蚕丝蛋白溶液制备得到蚕丝蛋白功能层(6)。


5.根据权利要求4所述的双向皮层脑电极制备方法，其特征在于，所述步骤S4包括：
在所述蚕丝蛋白功能层(6)表面溅射沉积一层铝，并通过第一次光刻图形化制备得到铝掩膜层(7)。

【专利技术属性】
技术研发人员：陶虎，梁佶智，周志涛，魏晓玲，郑发明，
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