一种柔性双面神经探针及其制备方法技术

本发明专利技术提供一种柔性双面神经探针及其制备方法，该探针包括由下至上依次设置的第一绝缘层、导线层和第二绝缘层；所述第一绝缘层和所述第二绝缘层均为柔性聚合物绝缘层，所述第一绝缘层上设有与所述导线层连通的底层电极点，所述第二绝缘层上设有与所述导线层连通的顶层电极点，所述顶层电极点和所述底层电极点均采用核磁兼容材料形成，通过所述底层电极点和所述顶层电极点实现全方位脑电采集和方向性的电刺激。本发明专利技术的探针具有双面排布的电极点结构，能够满足全方位脑电采集的需求，并且具有更高的电极点密度；其双面的结构可以进行方向性电刺激，从而能够提升神经活动干预的精确性。确性。确性。

【技术实现步骤摘要】
一种柔性双面神经探针及其制备方法


[0001]本专利技术涉及脑机接口神经微电极
，具体地，涉及一种柔性双面神经探针及其制备方法。

技术介绍

[0002]植入式脑机接口是脑科学与类脑研究的重要工具，其可以直接与神经元接触，可和大脑神经元获取与传递更丰富的信息，对脑科学研究、脑疾病诊断与治疗及脑机交互研究具有重要意义。植入式脑机接口可以应用电力与大脑进行精确交互，以及通过监视大脑的电活动来诊断疾病，带来了非常乐观的前景。此外，脑机接口技术还可以恢复视力和听力，生成合成语音，并帮助治疗强迫症、成瘾症和帕金森综合症等疾病。
[0003]植入体与神经元的界面特性是脑机交互的关键，脑电信号采集与神经元电刺激的本质是电极与神经元之间的电荷传输与调控。柔性植入式脑机接口在低损伤方面独具优势，但传统柔性电极阵列采集通道数量不足，采集神经元数量无法满足神经科学研究和神经编解码需求；并且植入电极通常为单面电极，不利于全方位采集脑电信号；植入电极材料在fMRI中会产生伪影、发热和一定位移。通过使用电磁兼容材料与先进微纳加工工艺，实现基于激光直写加工工艺的双面电极结构，使得柔性电极高密度与电磁兼容性提升；通过电极点排布密度随脑区变化的设计，实现电极点排布在不同脑区和不同皮层深度空间密度和刺激的方向性可调，提高电极点的全方位刺激功能。
[0004]针对现有技术的检索发现，弗劳恩霍夫生物医学工程研究所Thomas Stieglitz等人在Sensors and Actuators A:Physical,2001,90(3):203
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211中撰文“Flexible biomedical microdevices with double
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sided electrode arrangements for neural applications”，提出了一种使用非光敏的聚酰亚胺作为基底材料，采用铝硬掩模图形化，通过多步旋涂、沉积与刻蚀工艺制备的柔性双面电极，由于使用的是铝硬掩模工艺，在图形化各层材料时需要多步曝光，使得制备工艺复杂，同时，在电极正面图形制作完成后，需要将柔性基底与硬质衬底分离，并翻转贴附，这种非标准MEMS工艺不利于大面积批量化制备，且工艺过程需要极其小心谨慎，因为薄膜必须非常平滑地放置在晶片上，以确保适当、均匀和可重复的蚀刻。工艺过程中很难将膜精确地定位在晶片上，并且在不捕获任何气泡或使膜弯曲的情况下放置它，这使得制备过程耗时并且容易造成大的产量损失。
[0005]瑞士洛桑联邦理工学院S.Metz等人在Biosens.Bioelectron.19,1309
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1318(2004)中撰文“Flexible polyimide probes with microelectrodes and embedded microfluidic channels for simultaneous drug delivery and multi
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channel monitoring of bioelectric activity”，提出了一种使用层压技术制造的双面聚酰亚胺结构，还整合了微流体通道。该工艺相对简单，因为只需要一个金属化步骤来在两侧产生接触。然而，这种技术不能用于创建在两侧相同位置具有两个电极点的结构。此外，制备出的探针顶面的电极点是凹陷的，而底面的电极点并不凹陷，这导致探针两面具有不同的电流密度分布，影响了神经信号的采集与刺激效果。
[0006]综上所述，在神经探针的两面形成电极点能够提高神经信号采集的密度，实现全方位的神经信号采集与刺激，进一步满足啮齿类动物研究中多脑区，高密度的需求。因此亟需开发出一种双面电极结构并具备良好加工特性的柔性探针电极应用于生物组织。

技术实现思路

[0007]针对现有技术中的缺陷，本专利技术的目的是提供一种柔性双面神经探针及其制备方法。
[0008]根据本专利技术的一个方面，提供一种柔性双面神经探针，该探针包括由下至上依次设置的第一绝缘层、导线层和第二绝缘层；所述第一绝缘层和所述第二绝缘层均为柔性聚合物绝缘层，所述第一绝缘层上设有与所述导线层连通的底层电极点，所述第二绝缘层上设有与所述导线层连通的顶层电极点，所述顶层电极点和所述底层电极点均采用核磁兼容材料形成，通过所述底层电极点和所述顶层电极点实现全方位脑电采集和方向性的电刺激。
[0009]进一步地，所述底层电极点通过微加工工艺形成，所述顶层电极点通过微加工工艺形成。
[0010]进一步地，所述顶层电极点和所述底层电极点的几何形状为圆形、长方形和三角形的任一种或任几种的组合，所述顶层电极点和所述底层电极点的直径为10～200微米。
[0011]进一步地，所述顶层电极点和所述底层电极点均包括采集点和刺激点，所述采集点和所述刺激点的排布方式按照脑区分布设定。
[0012]进一步地，所述柔性聚合物绝缘层的材料选用非光敏型聚酰亚胺、光敏型聚酰亚胺和聚对二甲苯中的任意一种；所述探针的厚度为1～50微米。
[0013]进一步地，所述导线层包括传导层和用于将所述传导层粘附至所述第一绝缘层的粘附层，所述传导层位于所述粘附层的上方；所述粘附层的厚度为10～100纳米；所述传导层的厚度为200～500纳米。
[0014]进一步地，所述探针的尾端设有尾端连接口，所述探针的植入端设有钢针辅助植入孔，所述尾端连接口用于与外接线路电连接，所述导线层用于将神经信号由所述顶层电极点和所述底层电极点传导至所述尾端连接口；所述钢针辅助植入孔用于供钢针穿入以方便探针植入到所需位置。
[0015]根据本专利技术的另一方面，提供一种上述的柔性双面神经探针的制备方法，该方法包括：
[0016]提供衬底，并在所述衬底上沉积一层金属形成牺牲层；
[0017]随后在所述牺牲层上旋涂并图形化得到第一绝缘层，在所述第一绝缘层的每个电极点处，采用微加工工艺形成底层电极点；
[0018]在所述第一绝缘层上依次沉积一层粘附层和一层传导层，旋涂正性光刻胶作为掩膜，经过前烘、曝光、显影和后烘，采用离子束刻蚀或湿法刻蚀，得到导线层；
[0019]在图形化的导线层上再旋涂并图形化第二绝缘层，在所述第二绝缘层的每个电极点处，采用微加工工艺形成顶层电极点；
[0020]腐蚀或溶解所述牺牲层，完成电极的释放，得到柔性双面神经探针。
[0021]进一步地，所述提供衬底，并在所述衬底上沉积一层金属形成牺牲层，其中：所述
牺牲层的材质为金属铝，所述牺牲层的厚度大于200nm。
[0022]根据本专利技术的另一方面，提供一种上述的柔性双面神经探针的制备方法，该方法包括：
[0023]提供一衬底；
[0024]在所述衬底上形成第一绝缘层；
[0025]在所述第一绝缘层的电极点处，使用微加工工艺形成底层电极点；
[0026]在所述第一绝缘层上依次沉积一层粘附层和一层传导层，在所述传导层上甩正胶，曝光后显影本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种柔性双面神经探针，其特征在于，包括由下至上依次设置的第一绝缘层、导线层和第二绝缘层；所述第一绝缘层和所述第二绝缘层均为柔性聚合物绝缘层，所述第一绝缘层上设有与所述导线层连通的底层电极点，所述第二绝缘层上设有与所述导线层连通的顶层电极点，所述顶层电极点和所述底层电极点均采用核磁兼容材料形成，通过所述底层电极点和所述顶层电极点实现全方位脑电采集和方向性的电刺激。2.根据权利要求1所述的柔性双面神经探针，其特征在于，所述底层电极点和所述顶层电极点通过微加工工艺形成。3.根据权利要求1所述的柔性双面神经探针，其特征在于，所述顶层电极点和所述底层电极点的几何形状为圆形、长方形和三角形的任一种或任几种的组合，所述顶层电极点和所述底层电极点的直径为10～200微米。4.根据权利要求1所述的柔性双面神经探针，其特征在于，所述顶层电极点和所述底层电极点均包括采集点和刺激点，所述采集点和所述刺激点的排布方式按照脑区分布设定。5.根据权利要求1所述的柔性双面神经探针，其特征在于，所述柔性聚合物绝缘层的材料选用非光敏型聚酰亚胺、光敏型聚酰亚胺和聚对二甲苯中的任意一种；所述探针的厚度为1～50微米。6.根据权利要求1所述的柔性双面神经探针，其特征在于，所述导线层包括传导层和用于将所述传导层粘附至所述第一绝缘层的粘附层，所述传导层位于所述粘附层的上方；所述粘附层的厚度为10～100纳米；所述传导层的厚度为200～500纳米。7.根据权利要求1所述的柔性双面神经探针，其特征在于，所述探针的尾端设有尾端连接口，所述探针的植入端设有钢针辅助植入孔，所述尾端连接口用于与外接线路电连接，所述导线层用于将神经信号由所述顶层电极点和所述底层电极点传导至所述尾...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘景全，曹佳炜，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：