一种用于脑机接口的可降解高阵列柔性器件及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种用于脑机接口的可降解高阵列柔性器件，包括依次层叠构成的柔性基底、柔性导电电极、支撑层、电绝缘层、半导体层，其中，由柔性导电电极、电绝缘层和半导体层共同构成用于对微弱的脑电信号采集、放大和传输的有机电化学晶体管阵列。本发明专利技术利用具有良好生物兼容性和生物可降解性的材料制成柔性化传感器件，既可以完美贴合大脑的弯曲拓扑结构，实现外形共融、全覆盖的新型大脑皮层监测器件，又可以作为信号记录传感器将微弱的脑电信号进行放大、显著提升信噪比和信号采集能力，还通过有机电化学晶体管阵列结构保证了高密度多路复用性，使采集信号具有较高水平的时空分辨率，能突破性地开展细胞水平上的生理电信号的监测和记录。信号的监测和记录。信号的监测和记录。

【技术实现步骤摘要】
一种用于脑机接口的可降解高阵列柔性器件及其制备方法


[0001]本专利技术涉及柔性电子技术和人工智能领域，具体地讲，是涉及一种用于脑电信号监测、脑机接口的可降解高阵列柔性器件及其实现方法。

技术介绍

[0002]在可预见的未来，人工智能和机器智能将逐渐融为一体，充分发挥机器的存储和运算能力，融合人脑的思维和创新能力，实现脑机智能融合。脑机接口在大脑与外部环境之间建立一种全新的不依赖于外周神经和肌肉的交流与控制通道，从而实现大脑与外部设备的直接交互。该技术能够在人(或其他动物)脑与外部环境之间建立沟通以达到控制设备的目的，进而起到监测、替代、改善/恢复、增强、补充的作用。
[0003]因此，对脑电信号的高灵敏度、高时空分辨率的监测至关重要。生理电信号属于强噪声背景下不稳定的微弱信号，具有噪声强、信号弱、频率低、且随机性强等特征。传统非侵入式方式，是将电极放置于大脑头皮，用以测量大脑活动的电流。但是头皮脑电信号较小、干扰噪声多，易造成检测结果失真。侵入式的脑电信号监测，需要通过神经外科手术将器件植入到大脑皮层表面或皮层内(硬脑膜外或硬脑膜下)。侵入式器件能长期稳定放置，直接记录神经元电活动，信号衰减小，信噪比和空间分辨率远高于非侵入式器件。皮层内监测电极，需完全植入，属于有创伤植入，技术难度大，存在继发感染可能性，一旦发生颅脑感染、电极故障或电极寿命结束，需将电极取出，会造成二次损伤。因此，大脑皮层的微创植入，比皮层内植入更易达到实用化。此外，大多数侵入式监测电极是刚性的，如典型代表密歇根电极和犹他电极，硬度远高于脑组织，难以随大脑运动，易形成愈伤组织，从而减弱信号。因此，柔性的、能与大脑的弯曲拓扑结构实现外形共融、全覆盖的新型大脑皮层监测器件必将成为未来发展趋势。
[0004]不同于传统神经电极的原位记录，有机电化学晶体管可进一步将微弱的心脑电信号进行放大、显著提升信噪比，已经被深入研究应用于生理电信号的监测和记录。同时，有机电化学晶体管超薄柔软的力学特征允许其与生物组织长期密切贴合，减少器件与皮肤界面的阻抗和滑动，最大限度降低运动伪影以进行连续高保真的监测。然而在实际应用中，柔性有机电化学晶体管仍缺乏高灵敏度的生物可降解的导电沟道材料，以及匹配的柔性工艺技术和多通道的器件结构设计，使得可降解有机电化学晶体管阵列的开发受到了极大的限制。不可降解的有机电化学晶体管会引起内脏组织的慢性免疫反应，需要二次手术进行设备更换或者移除。目前已报道的OECT阵列的取样数较低，不足以覆盖大脑活动全貌。因此，亟需改进。

技术实现思路

[0005]针对上述现有技术中的问题，本专利技术提供一种用于脑机接口的可降解高阵列柔性器件及其实现方法，结合材料工程、柔性电子工艺、生物医学工程等，主要用来解决传统神经电极对于信号的采集能力弱、刚性、时空分辨率低等问题。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：
[0007]一种用于脑机接口的可降解高阵列柔性器件，包括
[0008]柔性基底，由一个酯键合成的可生物降解聚合物制成；
[0009]柔性导电电极，采用导电性良好、电化学稳定、生物安全、可降解的金属或合金材料按有机电化学晶体管阵列图案化光刻于所述柔性基底上制成；
[0010]支撑层，采用可生物降解的有机绝缘材料涂覆于所述柔性基底和柔性导电电极上制成，用于防止所述柔性基底被电绝缘层溶解；
[0011]电绝缘层，采用介电常数高、化学稳定性好的聚合物材料按有机电化学晶体管阵列图案化光刻于支撑层上制成；
[0012]半导体层，采用载流子迁移率高、单位体电容大、能灵敏响应局部电势变化的生物安全的半导体材料按有机电化学晶体管阵列图案化光刻于电绝缘层上制成；
[0013]其中，由柔性导电电极、电绝缘层和半导体层共同构成用于对微弱的脑电信号采集、放大和传输的有机电化学晶体管阵列。
[0014]具体地，所述柔性基底的厚度为10
‑
20μm，柔性导电电极的厚度为50
‑
100nm，支撑层的厚度为0.5
‑
1μm，电绝缘层的厚度为1
‑
2μm，半导体层的厚度为100
‑
200nm。
[0015]具体地，所述柔性基底采用聚乳酸
‑
羟基乙酸共聚物、聚己内酯、聚乙交酯中的一种。
[0016]具体地，所述柔性导电电极采用纯镁、镁钙、镁锶、镁锌、镁锂、镁锡、镁
‑
(硅、锰、锆、银)、镁钇、镁锌稀土、镁钕锌基合金、镁
‑
(钆、镧、铈、镝)、铁基合金、锌基合金、大块非晶合金、掺杂导电的聚合物中的至少一种。
[0017]具体地，所述支撑层采用聚乙烯醇。
[0018]具体地，所述电绝缘层采用糖类天然电介质或合成类聚合物中的一种。
[0019]具体地，所述半导体层采用聚(3
‑
己基噻吩)、给体
‑
受体共聚物、混合有聚(丁二酸丁二醇酯)、聚乳酸、聚(酯脲)、聚氨酯的羧酸酯取代基的P3HT衍生物中的一种。
[0020]基于上述构造，本专利技术还提供了上述用于脑机接口的可降解高阵列柔性器件的制备方法，包括以下步骤：
[0021]步骤1、对清洗后的衬底进行干燥处理；
[0022]步骤2、在干燥处理后的衬底上旋涂可生物降解聚合物材料，然后进行退火处理，制得带有柔性基底的衬底；
[0023]步骤3、将带有柔性基底的衬底放入真空蒸发室中，在柔性基底上蒸镀导电电极层，冷却后按有机电化学晶体管阵列对导电电极层进行图案化光刻处理，在柔性基底上形成柔性导电电极；
[0024]步骤4、在图案化的柔性导电电极及对应的柔性基底上旋涂有机绝缘材料，然后进行退火处理，形成支撑层；
[0025]步骤5、在支撑层上旋涂介电常数高、化学稳定性好的聚合物材料，形成电绝缘层，退火处理冷却后按有机电化学晶体管阵列对电绝缘层进行图案化光刻处理，在支撑层上形成图案化的电绝缘层；
[0026]步骤6、在图案化的电绝缘层及对应的支撑层上旋涂半导体材料，形成半导体层，退火处理冷却后按有机电化学晶体管阵列对半导体层进行图案化光刻处理，形成图案化的
半导体层；
[0027]步骤7、将上述处理后的整体浸泡在去离子水中，从柔性基底边缘将器件从衬底上剥离，即得所述用于脑机接口的可降解高阵列柔性器件。
[0028]具体地，所述步骤3、步骤5和步骤6中进行图案化光刻处理的过程为：
[0029]先在冷却后的该层上旋涂光刻胶，然后依次进行曝光、显影、等离子体刻蚀、去胶，即得图案化的柔性导电电极、电绝缘层或半导体层。
[0030]具体地，所述柔性基底采用PLGA材料，柔性导电电极采用金材料，支撑层采用PVA材料，电绝缘层采用PVA材料，半导体层采用PEDOT:PSS材料。
[0031]与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：
[0032]本专利技术利用具有良好生物兼容本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于脑机接口的可降解高阵列柔性器件，其特征在于，包括柔性基底，由一个酯键合成的可生物降解聚合物制成；柔性导电电极，采用导电性良好、电化学稳定、生物安全、可降解的金属或合金材料按有机电化学晶体管阵列图案化光刻于所述柔性基底上制成；支撑层，采用可生物降解的有机绝缘材料涂覆于所述柔性基底和柔性导电电极上制成，用于防止所述柔性基底被电绝缘层溶解；电绝缘层，采用介电常数高、化学稳定性好的聚合物材料按有机电化学晶体管阵列图案化光刻于支撑层上制成；半导体层，采用载流子迁移率高、单位体电容大、能灵敏响应局部电势变化的生物安全的半导体材料按有机电化学晶体管阵列图案化光刻于电绝缘层上制成；其中，由柔性导电电极、电绝缘层和半导体层共同构成用于对微弱的脑电信号采集、放大和传输的有机电化学晶体管阵列。2.根据权利要求1所述的用于脑机接口的可降解高阵列柔性器件，其特征在于，所述柔性基底的厚度为10
‑
20μm，柔性导电电极的厚度为50
‑
100nm，支撑层的厚度为0.5
‑
1μm，电绝缘层的厚度为1
‑
2μm，半导体层的厚度为100
‑
200nm。3.根据权利要求1所述的用于脑机接口的可降解高阵列柔性器件，其特征在于，所述柔性基底采用聚乳酸
‑
羟基乙酸共聚物、聚己内酯、聚乙交酯中的一种。4.根据权利要求1所述的用于脑机接口的可降解高阵列柔性器件，其特征在于，所述柔性导电电极采用纯镁、镁钙、镁锶、镁锌、镁锂、镁锡、镁
‑
(硅、锰、锆、银)、镁钇、镁锌稀土、镁钕锌基合金、镁
‑
(钆、镧、铈、镝)、铁基合金、锌基合金、大块非晶合金、掺杂导电的聚合物中的至少一种。5.根据权利要求1所述的用于脑机接口的可降解高阵列柔性器件，其特征在于，所述支撑层采用聚乙烯醇。6.根据权利要求1所述的用于脑机接口的可降解高阵列柔性器件，其特征在于，所述电绝缘层采用糖类天然电...

【专利技术属性】
技术研发人员：于欣格，吴梦鸽，周靖昆，高瞻，
申请(专利权)人：香港城市大学成都研究院，
类型：发明
国别省市：