面向多类型神经信号采集的电极阵列结构及其制备方法技术

本发明专利技术提供一种面向多类型神经信号采集的电极阵列结构及其制备方法，该电极阵列结构包括导电层、位于所述导电层上方的第一绝缘层和位于所述导电层下方的第二绝缘层；其中，所述导电层包括拉普拉斯电极和单点电极，所述拉普拉斯电极为具有同心圆环结构的电极，通过所述拉普拉斯电极和所述单点电极共同实现在体不同类型神经元信号的采集。本发明专利技术利用两种采集电极结构复合的植入脑机接口电极阵列进行在体神经元信号的采集，能够实现多类型神经信号的同步获取，从而能够根据应用需要选择所需的神经信号，极大促进脑科学和脑疾病研究的进展。展。展。

【技术实现步骤摘要】
面向多类型神经信号采集的电极阵列结构及其制备方法


[0001]本专利技术涉及植入脑机接口神经微电极器件
，具体地，涉及一种面向多类型神经信号采集的电极阵列结构及其制备方法。

技术介绍

[0002]生物电信号是人类生命活动的基石。人体作为一个有机体是一个非常复杂的系统，而生物电就和人体的任何生命活动都密切相关。未经刺激的神经细胞电位被叫做“静息电位”，相反，神经细胞受刺激时产生的电位被叫做“动作电位”。这种电位差是由于细胞膜外侧的正电荷和细胞膜内侧的负电荷所形成的。
[0003]由于大脑神经电信号的采集与分析对病情判断的相对准确性和预先性，其在脑疾病的诊疗方面有重大的应用的前景。当前神经电信号采集使用的是常规点电极阵列为主，结合聚类分析算法实现特征提取，所有形态的电极都存在对信号空间上的选择性，即信号源远离电极点所在的位置时，由于信号传输过程的能量耗散，电极点能采集到的信号就会随信号源的不断远离而降低。这种对远距离信号源的信号响应抑制和近距离信号源的信号响应增强就是电极的空间选择性。为了减少周围无关脑电产生信号的干扰，通过减少电极半径，从而增加脑电极的阻抗频谱，以此调控近端远端信号的响应幅值，远端的信号响应就会因为响应幅值低于采集器噪声从而淹没在噪声里，就能起到滤除远距离信号源所产生信号的干扰。这种提高电极电化学阻抗频谱是一种提高电极空间选择性的方法。但这种方法在提高空间选择性的同时降低了近端神经信号的响应幅值，影响到了高信噪比神经信号的采集与分析。

技术实现思路

[0004]针对现有技术中的缺陷，本专利技术的目的是提供一种面向多类型神经信号采集的电极阵列结构及其制备方法。
[0005]根据本专利技术的一个方面，提供一种面向多类型神经信号采集的电极阵列结构，该电极阵列结构包括导电层、位于所述导电层上方的第一绝缘层和位于所述导电层下方的第二绝缘层；其中，所述导电层包括拉普拉斯电极和单点电极，所述拉普拉斯电极为具有同心圆环结构的电极，通过所述拉普拉斯电极和所述单点电极共同实现在体不同类型神经元信号的采集。
[0006]进一步地，所述拉普拉斯电极包括拉普拉斯外环电极、拉普拉斯内环电极和拉普拉斯电极导线，所述拉普拉斯外环电极与所述拉普拉斯内环电极同心设置，所述拉普拉斯电极导线用于分别引出所述拉普拉斯外环电极和所述拉普拉斯内环电极；所述拉普拉斯电极包括双环同心电极结构、三环同心电极结构至多环同心电极结构中的任意一种或几种。
[0007]进一步地，所述单点电极包括电极部和单点电极导线，所述单点电极导线用于引出所述电极部；所述单点电极通过调节所述电极部的直径大小实现对阻抗值的调控，从而实现对不同距离范围内所有神经元放电进行采集。
[0008]进一步地，所述电极部的直径为10
‑
500μm。
[0009]进一步地，所述导电层的厚度为100
‑
1000nm。
[0010]进一步地，所述拉普拉斯电极和所述单点电极的数量分别根据获取信号的需求设定。
[0011]进一步地，所述拉普拉斯电极和所述单点电极在不同深度的排布疏密程度根据体内不同脑区神经元数量不同的特点设定。
[0012]进一步地，所述第一绝缘层上开设有用于暴露出电极点结构的电极点开窗暴露区域。
[0013]进一步地，所述第一绝缘层和所述第二绝缘层的厚度为100
‑
2000nm。
[0014]根据本专利技术的另一方面，提供一种上述的面向多类型神经信号采集的电极阵列结构的制备方法，该方法包括：
[0015]提供一衬底，在所述衬底上沉积一层金属形成牺牲层；
[0016]在所述牺牲层上旋涂并图形化得到第二绝缘层；
[0017]在所述第二绝缘层上溅射或蒸发一层粘附层和一层导电层，旋涂正性光刻胶作为掩膜，经过前烘、曝光、显影和后烘，采用干法刻蚀或湿法刻蚀，得到含拉普拉斯电极和单点电极的导电层图形；
[0018]在图形化的导电层上再旋涂并图形化第一绝缘层，所述第一绝缘层的开孔图形暴露出所述拉普拉斯电极和所述单点电极；
[0019]腐蚀或溶解所述牺牲层后，完成电极阵列的释放，得到面向多类型神经信号采集的电极阵列结构。
[0020]与现有技术相比，本专利技术具有如下至少之一的有益效果：
[0021]本专利技术的电极阵列结构包括用于高分辨单神经元动作电位信号采集的拉普拉斯电极结构和用于局部场电位信号采集的单点电极，利用拉普拉斯同心圆环结构解决当前神经信号采集信噪比低，且不同神经元放电互相串扰的不足，提高电极点的空间选择性，实现单神经元信号放电采集；利用单点电极结构实现对不同距离范围内所有神经元放电进行采集；通过两种采集电极结构复合的电极阵列进行在体神经元信号的采集能够实现多类型神经信号的同步获取，从而能够根据应用需要选择所需的神经信号，极大促进脑科学和脑疾病研究的进展。
附图说明
[0022]通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本专利技术的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
[0023]图1为本专利技术一实施例中的电极阵列结构的分层示意图；
[0024]图2为本专利技术一实施例中的电极阵列的制备方法的流程示意图；
[0025]图3为本专利技术一实施例中双环拉普拉斯电极进行信号采集实现单神经元信号获取的示意图；
[0026]图4为本专利技术一实施例中单点电极进行信号采集实现局部场电位信号获取的示意图；
[0027]图5为本专利技术一实施例中的电极阵列不同类型电极数量和疏密排布示意图。
[0028]图中：1为第二绝缘层，2为单点电极，21为单点电极导线，22为电极部，3为拉普拉斯电极，31为拉普拉斯外环电极，32为拉普拉斯内环电极，33为拉普拉斯电极导线，4为第一绝缘层，5为电极点开窗暴露区域。
具体实施方式
[0029]下面结合具体实施例对本专利技术进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本专利技术，但不以任何形式限制本专利技术。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本专利技术构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本专利技术的保护范围。
[0030]为了解决上述信号采集电极存在的局限性，芝加哥大学的Bin He等人提出了利用表面拉普拉斯估计原理来提高电极的空间选择性，该估计原理的核心是拉普拉斯算子：
[0031][0032]通过计算将采集到的信号通过拉普拉斯算子进行加权相加处理，所得的拉普拉斯电势与电偶极子到观测点的距离的四次方成反比,即拉普拉斯电势响应功率以距离的四次方减小，相比于电势响应功率以距离的一次方减小，拉普拉斯电势的响应功率对距离敏感许多，对于信号源距离观测点较远的信号有很强的抑制作用，同时对信号源距离较近的信号的抑制作用很小甚至没有影响。所以将采集电势换为采集拉普拉斯电势能显著提高电极的空间选择性从而提高采集信号的质量。但是目前拉普拉斯算子结合双环或多环拉普拉斯电极结构尚未被应用于植入脑电信号采集中。
[003本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种面向多类型神经信号采集的电极阵列结构，其特征在于，包括导电层、位于所述导电层上方的第一绝缘层和位于所述导电层下方的第二绝缘层；其中，所述导电层包括拉普拉斯电极和单点电极，所述拉普拉斯电极为具有同心圆环结构的电极，通过所述拉普拉斯电极和所述单点电极共同实现在体不同类型神经元信号的采集。2.根据权利要求1所述的面向多类型神经信号采集的电极阵列结构，其特征在于，所述拉普拉斯电极包括拉普拉斯外环电极、拉普拉斯内环电极和拉普拉斯电极导线，所述拉普拉斯外环电极与所述拉普拉斯内环电极同心设置，所述拉普拉斯电极导线用于分别引出所述拉普拉斯外环电极和所述拉普拉斯内环电极；所述拉普拉斯电极包括双环同心电极结构、三环同心电极结构至多环同心电极结构中的任意一种或几种。3.根据权利要求1所述的面向多类型神经信号采集的电极阵列结构，其特征在于，所述单点电极包括电极部和单点电极导线，所述单点电极导线用于引出所述电极部；所述单点电极通过调节所述电极部的直径大小实现对阻抗值的调控，从而实现对不同距离范围内所有神经元放电进行采集。4.根据权利要求3所述的面向多类型神经信号采集的电极阵列结构，其特征在于，所述电极部的直径为10
‑
500μm。5.根据权利要求1所述的面向多类型神经信号采集的电极阵列结构，其特征在于，所述导电层的厚度为100
‑
1000nm。6....

【专利技术属性】
技术研发人员：刘景全，王隆春，郭哲俊，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：