一种神经刺激阵列系统及其制备方法技术方案

本发明专利技术公开了一种神经刺激阵列系统，包括柔性基底、光电响应层和电极层，其中，所述光电响应层嵌入所述柔性基底中，所述光电响应层由光电转化材料阵列排布而成，所述电极层位于所述光电响应层上。该神经刺激阵列系统的结构简单，成本低廉，其柔性好，生物相容性好，并可实现空间分辨率的光响应电刺激，可用于眼部和脑部等不同在体神经电刺激领域。本发明专利技术还提供了一种神经刺激阵列系统的制备方法。

【技术实现步骤摘要】
一种神经刺激阵列系统及其制备方法
本专利技术涉及生物医学工程
，尤其涉及一种神经刺激阵列系统及其制备方法。
技术介绍
基于电极的神经刺激系统被广泛用于治疗涉及外周神经以及中枢神经损伤等的各类疾病，在肢体瘫痪、抑郁症、失聪、失明等疾病治疗方面具有巨大的潜力。特别是，近年来，美国SecondSightMedicalProducts公司研发的基于高密度电极阵列的人工视网膜假体系统可有效恢复晚期视网膜退行性疾病患者的部分视觉能力，为过去临床上无法医治的此类致盲性疾病提供了可行的解决方案。然而，这类人工视网膜假体系统需要集成视觉信号采集模块、无线信号传输接收模块、集成芯片控制模块、电极刺激模块等多个功能模块，其制作成本高、集成难度大、植入困难，极大限制了该类器件的推广应用。
技术实现思路
鉴于此，本专利技术提供了一种新型神经刺激阵列系统，其具有阵列化排布的光电转换材料及金属电极层，结构简单，制作成本低，无需集成复杂的信号采集模块、无线信号传输接收模块以及集成芯片控制模块就能实现具有空间分辨率的光响应神经电刺激，可用于视觉刺激、脑皮层刺激等不同神经刺激领域。具体地，本专利技术实施例第一方面提供了一种神经刺激阵列系统，包括：柔性基底、光电响应层和电极层，其中，所述光电响应层嵌入所述柔性基底中，所述光电响应层由光电转化材料阵列排布而成，所述电极层位于所述光电响应层上。本专利技术中，所述电极层的电极位于所述光电响应层的光电转换材料表面。显然地，所述电极层也是导电材料阵列排布而成。可选地，所述电极层的厚度为50-300nm。可选地，所述柔性基底的厚度为5-500μm。其中，所述光电响应层的厚度小于或等于所述柔性基底的厚度。优选地，所述光电响应层的厚度等于所述柔性基底的厚度，例如为5-500μm。在本专利技术一实施方式中，所述柔性基底具有孔阵列，所述光电响应层填充在所述孔阵列的孔中；所述孔为盲孔或通孔。所述孔的深度方向平行于所述柔性基底的厚度方向。当所述柔性基底的孔为贯穿其厚度方向的通孔时，所述光电响应层的厚度等于所述柔性基底的厚度。进一步地，所述孔为圆形、三角形、四边形、多边形或其他不规则形状。相应地，所述光电响应层的光电转换材料的横截面呈圆形、圆形、三角形、四边形、多边形或其他不规则形状。优选地，所述孔为圆形，所述孔的直径为100μm-2mm。本专利技术中，所述柔性基底的材质为绝缘材料，以能够有效抑制光电子的扩散，使所述神经刺激阵列系统实现具有分辨率的电刺激。所述柔性基底的材质可以为柔性绝缘聚合物，其选择取决于最终用途及用途所期望的效果。例如，为保证能够形成可有效贴合曲面组织的薄膜基底，需保证柔性基底材料具备良好的可成膜性，并在高曲率下具备良好的力学性能。可选地，所述柔性基底的材质包括聚酰亚胺、聚二甲基硅氧烷、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对二甲苯和光刻胶中的一种或多种。所述光刻胶可以是正胶或负胶，具体可以是但不限于SU8光刻胶、AZ光刻胶等。其中，所述电极层的材质选自铂、金、钛、铱、钯、铌、钽及其合金、氮化钛(TixNy)、氧化铱(IrOx)、氧化铟锡(ITO)、掺铝氧化锌(AZO)、掺氟二氧化锡(FTO)和掺磷二氧化锡(PTO)中的至少一种，但不限于此。本专利技术中，所述光电响应层应具备较好的光电转化效率和生物相容性。优选地，构成所述光电响应层的光电转化材料可选自具有不同光电响应机制的以下物质中的至少一种：光伏材料、光致形变材料复合压电材料、上转换材料复合光伏材料。其中，所述光伏材料可吸收可见光区域(400-800nm)的光子能量，并由此直接产生光电子。光致形变材料复合压电材料则先依赖光致形变材料在可见光波段(400-800nm)的光线激发下产生形变，由此传导至压电材料而产生压电信号。上转换材料复合光伏材料则依赖上转换材料吸收近红外区域(780-2526nm)的光子能量并发射出波长在可见光区域(400-800nm)的光子，并由此激发响应波段在可见光区域的光伏材料产生光电子。当所述光电转化材料为上转换材料复合光伏材料时，所获得的神经刺激系统的光电响应层能够响应超出可见光区域的近红外区域(808-2500nm)的光线，由此获得超视觉的光线感知能力。其中，所述光伏材料为以下物质中的至少一种：单晶硅太阳能电池材料、以非晶硅、铜铟镓硒薄膜、碲化镉薄膜为代表的薄膜太阳能电池材料、基于二氧化钛及其复合物的染料敏化太阳能电池材料、基于钙钛矿型有机金属卤化物的钙钛矿太阳能电池材料、以及聚乙炔、聚噻吩、聚苯胺、聚吡咯及其衍生物和共聚物的有机光伏材料。对于，所述钙钛矿型有机金属卤化物可以列举甲氨铅碘、甲氨铅溴、甲氨铅氯等。其中，所述光致形变材料复合压电材料为下述光致形变材料和压电材料中的任意一种组合，其中，所述光致形变材料为下述材料中至少一种：以偶氮苯及其衍生物、螺吡喃及其衍生物为代表的光致异构材料；以钛酸铅、钛酸钡、铌酸钾、铌酸锂、钽酸锂、铋层状钙钛矿结构铁电体、钨青铜型铁电体、铁酸铋、磷酸二氢钾、硫酸三甘酸氨、罗息盐、钙钛矿型有机金属卤化物铁电体为代表的铁电类无机光致形变材料；以钌酸锶、硅、镉、硫化镉、砷化镓为代表的非铁电类无机光致形变材料；其中，所述压电材料为下述材料中至少一种：以石英晶体、镓酸锂、锗酸锂、锗酸钛、钽酸锂为代表的压电晶体；以钛酸钡、锆钛酸铅、偏铌酸铅、铌酸铅钡锂为代表的压电陶瓷；以聚偏氟乙烯类铁电聚合物、奇数尼龙、聚丙烯腈、亚乙烯基二氰及其共聚物、聚脲、聚苯基氰基醚、聚氯乙烯、聚醋酸乙烯、聚丙烯、聚四氟乙烯为代表的压电聚合物。其中，对于聚偏氟乙烯类铁电聚合物，可以列举聚(偏氟乙烯-三氟乙烯)[P(VDF-TrFE)共聚物]、聚(偏氟乙烯-氯氟乙烯)[P(VDF-CFE)共聚物]、聚(偏氟乙烯-氯化三氟乙烯)[P(VDF-CTFE)共聚物]、聚(偏氟乙烯-六氟丙烯)[P(VDF-HFP)共聚物]、聚(偏氟乙烯-三氟乙烯-氯氟乙烯)[P(VDF-TrFE-CFE)三聚物]、聚(偏氟乙烯-三氟乙烯-氯化三氟乙烯)[P(VDF-TrFE-CTFE)三聚物]及聚(偏氟乙烯-三氟乙烯-六氟丙烯)[P(VDF-TrFE-HFP)三聚物]。其中，所述上转换材料复合光电材料为上转换纳米与以下材料中的至少一种形成的复合材料：聚乙炔、聚噻吩、聚苯胺、聚吡咯及其衍生物和共聚物的有机光伏材料。其中，所述上转换纳米粒子包含主体材料、敏化剂和激活剂，其中所述主体材料为NaYF4或NaGdF4，所述敏化剂为Yb，所述激活剂为Er、Tm或Ho。具体地，所述上转换荧光材料包括NaYF4:Yb3+,Er3+、YF3:Yb3+,Er3+、NaYF4:Yb3+,Tm3+、YF3:Yb3+,Tm3+、NaYF4:Yb3+,Ho3+和YF3:Yb3+,Ho3+中的至少一种。本专利技术第一方面提供的神经刺激阵列系统，包括柔性基底，设置在柔性基底上的由阵列化排布的光电转换材料构成的光电响应层，以及设置光电响应层上的阵列化电极层，无需再集成复杂的信号采集模块、无线信号传输接收模块、集成芯片控本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种神经刺激阵列系统，其特征在于，包括柔性基底、光电响应层和电极层；其中，所述光电响应层嵌入所述柔性基底中，所述光电响应层由光电转化材料阵列排布而成，所述电极层位于所述光电响应层上。/n

【技术特征摘要】
1.一种神经刺激阵列系统，其特征在于，包括柔性基底、光电响应层和电极层；其中，所述光电响应层嵌入所述柔性基底中，所述光电响应层由光电转化材料阵列排布而成，所述电极层位于所述光电响应层上。


2.根据权利要求1所述的神经刺激阵列系统，其特征在于，所述光电响应层的厚度小于或等于所述柔性基底的厚度。


3.根据权利要求2所述的神经刺激阵列系统，其特征在于，所述光电响应层的厚度为5-500μm，所述柔性物基底的厚度为5-500μm。


4.根据权利要求1所述的神经刺激阵列系统，其特征在于，所述柔性基底具有孔阵列，所述光电响应层填充在所述孔阵列的孔中；所述孔为通孔或盲孔。


5.根据权利要求1所述的神经刺激阵列系统，其特征在于，所述孔为圆形、三角形、四边形、多边形或不规则形状。


6.根据权利要求1所述的神经刺激阵列系统，其特征在于，所述电极层的厚度为50-300nm。


7.根据权利要求1所述的神经刺激阵列系统，其特征在于，所述光电转化材料为光伏材料、光致形变材料复合压电材料、上转换材料复合光...

【专利技术属性】
技术研发人员：杜学敏，赵启龙，王芳，
申请(专利权)人：中国科学院深圳先进技术研究院，
类型：发明
国别省市：广东;44