基于半充盈葫芦气泡膜的柔性皮层脑电极辅助植入方法技术

本发明专利技术公开了一种基于半充盈葫芦气泡膜的柔性皮层脑电极辅助植入方法，首先通过水溶性材料临时粘附柔性皮层脑电极至透明的半充盈葫芦气泡膜表面，并借助透明塑料勺移动电极至目标脑区上方；然后向下按压透明勺头，确保电极在压缩状态葫芦气泡膜压覆下紧密贴合大脑皮层；接下来在电极和大脑皮层接触区域滴涂人工脑脊液，随着水溶性材料逐渐溶解和膨胀状态葫芦气泡膜缓慢抬起，葫芦气泡膜与电极逐步分离；最后葫芦气泡膜与电极完全分离，转印结束，电极正常采集皮层脑电信号。本发明专利技术能够确保电极和脑组织受力轻柔，可保形转印电极至复杂脑沟回曲面，同时，所使用的葫芦气泡膜可有效避免接触挤压时电极发生微小位移，保证电极植入位置精度。植入位置精度。植入位置精度。

【技术实现步骤摘要】
基于半充盈葫芦气泡膜的柔性皮层脑电极辅助植入方法


[0001]本专利技术属于生物医电
，具体涉及一种柔性皮层脑电极辅助植入方法。

技术介绍

[0002]柔性神经微电极作为微创植入脑机接口信号采集前端，已成为脑科学研究的重要研究工具。其中，高密度柔性皮层脑电极为侵入式皮质脑电技术(Electrocorticogram，ECoG)提供了重要硬件基础，可用于解码运动、语言等功能意图，兼具“空间分辨率”和“时间分辨率”优势，是目前人脑在体研究最先进、最前沿的技术之一。为有效保证基于柔性聚合物衬底加工的电极与软脑组织具有良好保形贴附能力，常常采用超薄的聚合物衬底厚度，或利用网状或条带状等衬底结构设计。然而，这些方法导致柔性皮层脑电极在植入过程中操作更加困难，容易造成定位不准或电极破损。因此，开发更加轻柔、精准的电极植入方法具有重要应用价值。
[0003]经过对现有技术的检索发现，美国伊利诺伊香槟分校Kim D H，Viventi J等人在Nature materials,2010,9(6):511
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517撰文“Dissolvable films of silk fibroin for ultrathin conformal bio
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integrated electronics”，使用丝素蛋白作为硬化涂层，将厚度仅为2.5微米的网状聚酰亚胺(PI)衬底柔性皮层脑电极临时硬化，使其更容易地平整转移贴附到猫的大脑皮层表面；中科院微系统技术研究所Shi Z，Tao H等人在Advanced Science,2019,6(9):1801617撰文“Silk
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Enabled Conformal Multifunctional Bioelectronics for Investigation of Spatiotemporal Epileptiform Activities and Multimodal Neural Encoding/Decoding”，同样使用厚度仅30微米的丝素蛋白，临时加硬网状超薄PI衬底(单层厚度仅2微米)柔性皮层脑电极，并植入覆盖大鼠左右侧脑区的大脑皮层，然而确保转移贴附的精度仍然具有一定挑战。
[0004]美国杜克大学Chiang C H,Viventi J等人在Journal of neural engineering,2021,18(4):045009撰文“Flexible,high
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resolution thin
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film electrodes for human and animal neural research”，借助柔性悬臂和末端的3D打印压头将最高1024通道、液晶聚合物衬底的柔性皮层脑电极按压至目标脑区，其中，柔性悬臂上弹簧张力虽然能够防止过度的力量传递到脑组织，且可以通过精准控制柔性悬臂运动保证空间位置精度，然而电极始终和平整的3D打印压头固定在一起，难以通过自变形适应软脑组织表面沟回，因此保形接触能力受限，其由于和打印压头绑定，仅能够在开颅后进行急性实验。
[0005]2021年，专利技术专利CN112971789A中公开了一种基于含流体通道弹性印章的可延展柔性电极转移方法，该方法将弹性印章(PDMS)压覆在可延展柔性电极上方，并向流体通道内注入水溶性快速降解材料溶液；加热烘干溶液，可延展柔性电极被弹性印章从玻璃基底上粘附抬起；利用微动平台将底面粘附有可延展柔性电极的弹性印章转移至目标脑区上方，并向流体通道内注入人工脑脊液，使降解材料逐步溶解；最后待降解材料完全溶解，弹性印章与可延展柔性电极分离，使可延展柔性电极稳定贴附在大脑皮层表面。该方法能够有效解决离散化结构柔性皮层脑电极贴附操作难度大，电极位点相对位置精度难以保证的
问题，但所使用的弹性印章材料为硅橡胶，相比于软脑组织杨氏模量仍然高出约3个数量级，机械匹配性有待进一步提高。
[0006]专利技术专利CN112842346A公开了一种柔性电子器件硬脑膜下植入的辅助装置，利用负压吸引抓取并提起硬脑膜，增大了硬脑膜与大脑皮层的间距，增加了电极在硬脑膜下的植入空间。同时，采用柱芯搭载待植入柔性电极，待植入柔性电极植入前呈卷曲状，植入至硬脑膜与大脑皮质间，通过水解水溶性聚合物或打开固定装置驱动，呈卷曲状的待植入柔性电极进行释放完全展开，直至呈平铺状。该装置虽然有望实现通过单个小径开孔窗即可同步植入多方向、覆盖面积广的电极，避免了大孔径、多数量的硬脑膜开孔窗，然而操作过程由于颅骨遮挡可视化程度低，且柔性电极需要从卷曲到展开平铺发生形变，因此难以保证位移精度且不适用于大面积整齐阵列化电极点布局。
[0007]综上所述，亟需开发一种更加轻柔、精准、可靠的电极辅助植入方法，以确保超薄、网状或条带状的柔性皮层脑电极能够保形精准转移至目标脑区，并长时有效工作。

技术实现思路

[0008]为了克服现有技术的不足，本专利技术提供了一种基于半充盈葫芦气泡膜的柔性皮层脑电极辅助植入方法，首先通过水溶性材料临时粘附柔性皮层脑电极至透明的半充盈葫芦气泡膜表面，并借助透明塑料勺移动电极至目标脑区上方；然后向下按压透明勺头，确保电极在压缩状态葫芦气泡膜压覆下紧密贴合大脑皮层；接下来在电极和大脑皮层接触区域滴涂人工脑脊液，随着水溶性材料逐渐溶解和膨胀状态葫芦气泡膜缓慢抬起，葫芦气泡膜与电极逐步分离；最后葫芦气泡膜与电极完全分离，转印结束，电极正常采集皮层脑电信号。本专利技术能够确保电极和脑组织受力轻柔，可保形转印电极至复杂脑沟回曲面，同时，所使用的葫芦气泡膜可有效避免接触挤压时电极发生微小位移，保证电极植入位置精度。
[0009]本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案包括如下步骤：
[0010]步骤1：通过水溶性材料粘附柔性皮层脑电极至半充盈葫芦气泡膜表面，并利用双面胶将半充盈葫芦气泡膜背面粘合在透明勺头凸面，使透明勺头在柔性皮层脑电极正上方；移动透明勺头使柔性皮层脑电极至大脑皮层指定区域的正上方；
[0011]步骤2：向下按压透明勺头，与透明勺头粘合的半充盈葫芦气泡膜部分在压力作用下内部气体通过气泡膜气道流动出去呈变瘪的压缩状态，成为压缩状态葫芦气泡膜，柔性皮层脑电极在压缩状态葫芦气泡膜压覆下贴合大脑皮层；
[0012]步骤3：在柔性皮层脑电极和大脑皮层接触区域滴涂人工脑脊液，同时向葫芦气泡膜远离透明勺头的一端施压，使葫芦气泡膜内部气体向与透明勺头粘合的部分流动，压缩状态葫芦气泡膜逐步膨胀，成为膨胀状态葫芦气泡膜，膨胀状态葫芦气泡膜减小与柔性皮层脑电极的接触面积，随着水溶性材料逐渐溶解，膨胀状态葫芦气泡膜与柔性皮层脑电极逐步分离；
[0013]步骤4：膨胀状态葫芦气泡膜与柔性皮层脑电极完全分离，转印过程结束，柔性皮层脑电极保形贴附在大脑皮层表面，并通过电极位点正常采集皮层脑电信号ECoG。
[0014]优选地，所述葫芦气泡膜为透明状。
[0015]优选地，所述葫芦气泡膜使用无弹性聚乙烯材料，通过调节充本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于半充盈葫芦气泡膜的柔性皮层脑电极辅助植入方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1：通过水溶性材料粘附柔性皮层脑电极至半充盈葫芦气泡膜表面，并利用双面胶将半充盈葫芦气泡膜背面粘合在透明勺头凸面，使透明勺头在柔性皮层脑电极正上方；移动透明勺头使柔性皮层脑电极至大脑皮层指定区域的正上方；步骤2：向下按压透明勺头，与透明勺头粘合的半充盈葫芦气泡膜部分在压力作用下内部气体通过气泡膜气道流动出去呈变瘪的压缩状态，成为压缩状态葫芦气泡膜，柔性皮层脑电极在压缩状态葫芦气泡膜压覆下贴合大脑皮层；步骤3：在柔性皮层脑电极和大脑皮层接触区域滴涂人工脑脊液，同时向葫芦气泡膜远离透明勺头的一端施压，使葫芦气泡膜内部气体向与透明勺头粘合的部分流动，压缩状态葫芦气泡膜逐步膨胀，成为膨胀状态葫芦气泡膜，膨胀状态葫芦气泡膜减小与柔性皮层脑电极的接触面积，随着水溶性材料逐渐溶解，膨胀状态葫芦气泡膜与柔性皮层脑电极逐步分离；步骤4：膨胀状态葫芦气泡膜与柔性皮层脑电极完全分离，转印过程结束，柔性皮层脑电极保形贴附在大脑皮层表面，并通过电极位点正常采集皮层脑电信号ECoG。2.根据权利要求1所述的一种基于半充盈葫芦气泡膜的柔性皮层脑电极辅助植入方法，其特征在于，所述葫芦气泡膜为透明状。3.根据权利要求1所述的一种基于半充盈葫芦气泡膜的柔性皮层脑电极辅助植入方法，其特征在于，所述葫芦气泡膜使用无弹性聚...

【专利技术属性】
技术研发人员：吉博文，梁泽凯，孙凡淇，尤小丽，王炫棋，常洪龙，申强，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：