一种侵入式神经电极失效分析方法技术

本发明专利技术涉及一种侵入式神经电极失效分析方法，包括以下步骤：分别连续采集不同植入时间的神经电极的脑电信号，直至所述神经电极失效导致采集到的脑电信号发生异常；获取失效的所述神经电极，并截取所述神经电极的尖端有效部位，用SEM分别观察不同植入时间的所述神经电极的尖端有效部位，并进行EDS元素分析；建立脑电信号发生异常、所述神经电极微观形貌、以及所述神经电极的EDS元素分布变化的联系。本发明专利技术能够从微观尺度研究神经电极电学失效模式背后的微观机理。式背后的微观机理。式背后的微观机理。

【技术实现步骤摘要】
一种侵入式神经电极失效分析方法


[0001]本专利技术涉及神经电极失效分析
，特别是涉及一种侵入式神经电极失效分析方法。

技术介绍

[0002]侵入式神经电极极大地推动了脑科学的发展，是实现生物心理可见、可读、智能硬件可靠可控的有力工具。通过将微电极直接植入大脑皮层，可以获得低噪声、高质量的生物脑电波信号。被开发应用于治疗越来越多的疾病，包括帕金森病、瘫痪、阿尔茨海默病、抑郁症、中风等。高质量的脑电图信号更是大脑研究和开发的基础
‑
计算机接口技术。在过去的几十年中，基于脑电图的脑机接口已被深入研究，以帮助残疾人与外部环境进行交流并恢复瘫痪患者的功能。然而，长期植入的微电极由于生物体的排异反应以及设计、制造的缺陷会发生失效，导致采集的脑电波信号不稳定和丢失，目前电极的电学失效与微观结构退化的联系尚未建立。

技术实现思路

[0003]本专利技术所要解决的技术问题是提供一种侵入式神经电极失效分析方法，能够从微观尺度研究神经电极电学失效模式背后的微观机理。
[0004]本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种侵入式神经电极失效分析方法，包括以下步骤：
[0005](1)分别连续采集不同植入时间的神经电极的脑电信号，直至所述神经电极失效导致采集到的脑电信号发生异常；
[0006](2)获取失效的所述神经电极，并截取所述神经电极的尖端有效部位，用SEM分别观察不同植入时间的所述神经电极的尖端有效部位，并进行EDS元素分析；
[0007](3)建立脑电信号发生异常、所述神经电极微观形貌、以及所述神经电极的EDS元素分布变化的联系。
[0008]所述步骤(1)中各神经电极的植入时间的间隔为2
‑
3天。
[0009]所述脑电信号发生异常是指脑电信号的幅值与信噪比发生变化，直至信号衰减到无法使用。
[0010]所述步骤(2)中截取所述神经电极的尖端有效部位前，还包括采用去离子水漂洗所述神经电极上的组织液的步骤。
[0011]所述步骤(2)中用SEM分别观察不同植入时间的所述神经电极的尖端有效部位时，采用2k
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5kV的加速电压和200
‑
300pA的电子束流进行微观形貌表征。
[0012]所述步骤(2)中进行EDS元素分析时，对所述神经电极的尖端有效部位以及SEM表征到的微观形貌异常的部位进行元素分布分析。
[0013]有益效果
[0014]由于采用了上述的技术方案，本专利技术与现有技术相比，具有以下的优点和积极效
果：本专利技术将神经电极的电学失效模式与微观结构退化机制相匹配，有利于研究电极的不同退化机制对采集脑电信号的具体影响。本专利技术采用低加速电压，小电子束流快速表征的方法，解决了神经电极表面包裹绝缘层难以高质量表征的问题，降低绝缘层在电子辐照下的荷电效应，提高SEM表征质量。本专利技术在表征失效神经电极时，没有采用提前镀金/碳的方式增强电极的导电性，极大的保留了电极失效部位的完整性，有利于后续的EDS元素分析。有利于准确分析电极的失效机理。本专利技术可获得侵入式神经电极的形貌信息以及元素分布状况，有利于从微观角度分析失效的起因，为探究生物效应以及工艺、设计尺寸、材料等因素对电极性能的影响提供了可能性。
附图说明
[0015]图1是本专利技术实施方式的流程图；
[0016]图2是本专利技术实施例中神经电极的扫描电子显微镜图。
具体实施方式
[0017]下面结合具体实施例，进一步阐述本专利技术。应理解，这些实施例仅用于说明本专利技术而不用于限制本专利技术的范围。此外应理解，在阅读了本专利技术讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本专利技术作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
[0018]本专利技术的实施方式涉及一种侵入式神经电极失效分析方法，如图1所示，包括以下步骤：分别连续采集不同植入时间的神经电极的脑电信号，直至所述神经电极失效导致采集到的脑电信号发生异常；获取失效的所述神经电极，并截取所述神经电极的尖端有效部位，用SEM分别观察不同植入时间的所述神经电极的尖端有效部位，并进行EDS元素分析；建立脑电信号发生异常、所述神经电极微观形貌、以及所述神经电极的EDS元素分布变化的联系。
[0019]下面通过一个具体的实施例进一步说明本专利技术。
[0020]本实施例的侵入式神经电极为镍铬合金微丝神经电极，电极丝直径为12微米，外围有一次3微米厚的聚酰亚胺绝缘层。电极植入3个月的小鼠脑中进行神经信号的采集。具体分析过程如下：
[0021]步骤1：通过手术将32通道的镍铬合金微丝电极分别植入10只小鼠脑中，分别记录第3，6，9，12，15，18，21，14，27，30天电极采集的脑电信号，发现随着植入时间的延长，采集的脑电信号发生异常，直至信号衰减到无法使用(即神经电极失效)，具体表现为信号幅值发生衰减。
[0022]步骤2：
[0023]1)将步骤1中不同植入时间的神经电极从小鼠脑中取出，并用去离子水对神经电极进行漂洗，漂洗时间为5秒，洗去神经电极表面沾染的小鼠组织液。
[0024]2)用镊子夹取，固定失效的神经电极，并剪取神经电极尖端3
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5mm的有效部分，利用导电碳胶将剪取的有效部分竖直固定在SEM载台上，固定过程中应避免接触到电极的尖端；
[0025]3)将载台放入扫描电子显微镜中，为了缓解电极外围绝缘层在电子辐照下的荷电
效应，采用低加速电压，小电子束流快速进行微观形貌表征，本步骤中采用的加速电压为2kV，束流大小为200pA。高电压大束流(高于5kV，大于300pA)会导致严重的荷电效应，电极的外围的绝缘层部分积累电荷，导致亮度过大，更小的电压和束流(小于2kV，小于200pA)则会导致SEM表征不清晰。
[0026]4)最后将SEM切换为EDS模式，框选失效电极中感兴趣部位进行元素线扫和面扫分析。此时加速电压为2kV。至此，得到失效电极的形貌和元素分布图像，完成失效金属微丝神经电极的微观表征。图2是本实施例中神经电极的扫描电子显微镜图。
[0027]步骤3：建立侵入式金属微丝神经电极脑电信号变化、微观形貌、以及EDS元素分布变化的联系。发现随着电极植入时间的增加，采集到的脑电信号逐渐发生衰减，从取出电极的SEM图像中可以看到，随着植入时间的延长，电极的尖端合金部分逐渐被一些生物组织包裹，覆盖，且随着时间增加生物组织越来越后，对应电极采集的电信号幅值衰减越厉害，噪声越大。
[0028]不难发现，本专利技术将神经电极的电学失效模式与微观结构退化机制相匹配，有利于研究电极的不同退化机制对采集脑电信号的具体影响。本专利技术采用低加速电压，小电子束流快速表征的方法，解决了神经电极表面包裹绝缘层难以高质量表征的问题，降低绝缘层在电子辐照下的荷电效应，提高SEM表征质量。本专利技术在表征失效神经电极时，没有采用提前镀金/碳的方式增强电极的导电性，极大的保留了电极失本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种侵入式神经电极失效分析方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)分别连续采集不同植入时间的神经电极的脑电信号，直至所述神经电极失效导致采集到的脑电信号发生异常；(2)获取失效的所述神经电极，并截取所述神经电极的尖端有效部位，用SEM分别观察不同植入时间的所述神经电极的尖端有效部位，并进行EDS元素分析；(3)建立脑电信号发生异常、所述神经电极微观形貌、以及所述神经电极的EDS元素分布变化的联系。2.根据权利要求1所述的侵入式神经电极失效分析方法，其特征在于，所述步骤(1)中各神经电极的植入时间的间隔为2
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3天。3.根据权利要求1所述的侵入式神经电极失效分析方法，其特征在于，所述脑电信号发生异常是指脑电信号的幅值与信噪比发生...

【专利技术属性】
技术研发人员：张子健，吴幸，叶长青，王超伦，
申请(专利权)人：华东师范大学，
类型：发明
国别省市：