一种适用于电磁环境的柔性皮层电极阵列及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种适用于电磁环境的柔性皮层电极阵列及其制备方法，包括电极具备抗电磁干扰性能；基底层，为与脑组织杨氏模量接近的

【技术实现步骤摘要】
一种适用于电磁环境的柔性皮层电极阵列及其制备方法


[0001]本专利技术属于脑机接口
，尤其涉及一种适用于电磁环境的柔性皮层电极阵列及其制备方法
。

技术介绍

[0002]脑机接口技术是通过脑电极记录大脑神经活动，实现与大脑的信息交互
。
脑电极由表入深包括无创头皮脑电极
、
微创皮层脑电极和有创深部脑电极
。
微创皮层脑电极在性能和创伤两方面实现了较好的平衡，能够以低创伤
、
低风险的方式记录高质量的神经信号
。
传统的脑电极通常采用金属材料作为电极的高导电性传导介质
。
但在实际应用中，环境中分布着各种频率的电磁场
。
金属电极在电磁环境下极容易产生信号干扰，使得微弱的脑电信号淹没在干扰信号中，甚至更为严重的情况会直接导致电极损坏
。
目前，尚缺乏技术手段保证电极在电磁环境下的可靠检测
。

技术实现思路

[0003]针对现有技术存在的问题，本专利技术的目的在于提出了一种适用于电磁环境的柔性皮层电极阵列及其制备方法，利用离子水凝胶中的离子导电替代传统金属电极的电子导电，可解决金属电极在电磁环境下受电磁干扰影响大，电极失效无法采集脑电信号的问题，并通过在导电层与绝缘层中创建微沟道，实现对水凝胶的微图案化，解决水凝胶由于微图形化的难题在传感器中应用受限的问题
。
[0004]为实现上述目的，本专利技术的第一方面提供一种适用于电磁环境的柔性皮层电极阵列，包括柔性基底层
、
绝缘层和导电层；
[0005]所述柔性基底层由脑组织杨氏模量接近且具有生物相容性的柔性材料形成，并且所述柔性基底层上形成有微沟道；
[0006]所述绝缘层形成在所述柔性基底层上并且与所述柔性基底层材料一致，所述绝缘层上形成有与所述微沟道连通的沟道结构；
[0007]所述导电层填充于所述柔性基底层与所述绝缘层的沟道中以形成电极阵列，所述导电层的材料为非金属且具有导电性的导电离子和高分子聚合物
。
[0008]进一步，所述导电层的材料为离子水凝胶，所述离子水凝胶由离子溶液与具有高分子网络的水凝胶集成；所述离子溶液包括人工脑脊液
、
氯化钠溶液和氯化钙溶液；所述高分子网络水凝胶包括聚乙烯醇和聚乙烯亚胺
。
[0009]进一步，所述柔性基底层的材料包括聚二甲基硅氧烷或
SU8
；所述柔性基底层上图形化形成有微沟道，所述微沟道中填充导电材料图形化形成电极阵列的引线结构
。
[0010]进一步，所述绝缘层的材料包括聚二甲基硅氧烷或
SU8
；所述绝缘层上图形化形成有与所述微沟道连通的沟道结构，所述沟道结构上填充导电材料图形化形成电极阵列的多个电极及焊盘
。
[0011]本专利技术第二方面提供一种适用于电磁环境的柔性皮层电极阵列的制备方法，包括
如下步骤：
[0012]1)
在第一硬质基底上形成牺牲层，在第二硬直基底上形成牺牲层；
[0013]2)
在第一硬质基底上和第二硬质基底上形成的牺牲层上方分别旋涂柔性材料，分别固化形成柔性基底层和绝缘层；
[0014]3)
采用光刻方法对所述柔性基底层表面和所述绝缘层表面图形化并形成定义引线区域的微沟道以及定义电极和焊盘区域的沟道结构；
[0015]4)
对所述柔性基底层和所述绝缘层的表面进行表面处理后键合；
[0016]5)
从所述第一硬质基底和所述第二硬质基底上释放柔性结构；
[0017]6)
将所述柔性结构浸入离子水凝胶溶液中，通过离子水凝胶填充微沟道形成电极阵列的电极
、
引线和焊盘结构；
[0018]7)
通过冻融固化离子水凝胶形成柔性皮层电极阵列
。
[0019]进一步，在硬质基底上形成牺牲层包括：
[0020]在玻璃衬底上蒸镀一定厚度的铝材质的牺牲层
。
[0021]进一步，在第一硬质基底上和第二硬质基底上形成的牺牲层上方分别旋涂柔性材料，分别固化形成柔性基底层和绝缘层包括：
[0022]分别在第一硬质基底和第二硬质基底的铝层上方旋涂
PDMS
，并固化形成柔性基底层和绝缘层
。
[0023]进一步，采用光刻方法对所述柔性基底层表面图形化并形成定义引线区域的微沟道包括：
[0024]通过正性光刻胶对第一硬质基底上的
PDMS
进行光刻图形化操作；
[0025]通过
CF4与
O2的混合气体反应离子刻蚀暴露的
PDMS
表面，形成定义引线区域的微沟道；
[0026]在丙酮溶液中去除光刻胶
。
[0027]进一步，采用光刻方法对所述柔性基底层表面图形化并形成定义电极和焊盘区域的沟道结构包括：
[0028]通过正性光刻胶对第二硬质基底上的
PDMS
进行光刻图形化操作；
[0029]通过
CF4与
O2的混合气体反应离子刻蚀暴露的
PDMS
表面，直至刻蚀至铝表面，形成定义电极和焊盘区域的贯穿微柱；
[0030]在丙酮溶液中去除光刻胶
。
[0031]进一步，从所述第一硬质基底和所述第二硬质基底上释放柔性结构包括：
[0032]将样品浸入氢氧化钠溶液中腐蚀铝牺牲层，以从第一硬质基底和所述第二硬质基底上释放柔性结构
。
[0033]本专利技术通过非金属且具有导电性的导电离子和高分子聚合物代替传统金属电极的电子导电，可有效解决金属电极在电磁环境下受电磁干扰影响大，电极失效无法采集脑电信号的问题
。
[0034]通过在柔性基底层和绝缘层中形成微沟道，结合毛细作用，使离子水凝胶填充微沟道，可形成具有高空间分辨率的电极阵列，一方面打破了传统微加工自下而上的工艺方法，另一方面实现了对水凝胶结构的微图形化，解决了水凝胶一直以来由于微图形化的难题在传感器中应用受限的问题
。
[0035]应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性的，并不能限制本公开
。
附图说明
[0036]图1为本专利技术一实施例的柔性皮层电极阵列的结构示意图；
[0037]图2为本专利技术一实施例的柔性皮层电极阵列的截面示意图；
[0038]图3为本专利技术一实施例的柔性皮层电极阵列的制备方法的流程图；
[0039]图4为本专利技术一实施例的柔性皮层电极阵列制备工艺流程图；
[0040]图5为本专利技术一实施例的离子水凝胶结构示意图
。
具体实施方式
[0041]为使本专利技术的目的
、
技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本专利技术实施方式作进一步地详细描述...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种适用于电磁环境的柔性皮层电极阵列，其特征在于，包括柔性基底层
、
绝缘层和导电层；所述柔性基底层由脑组织杨氏模量接近且具有生物相容性的柔性材料形成，并且所述柔性基底层上形成有微沟道；所述绝缘层形成在所述柔性基底层上并且与所述柔性基底层材料一致，所述绝缘层上形成有与所述微沟道连通的沟道结构；所述导电层填充于所述柔性基底层与所述绝缘层的沟道中以形成电极阵列，所述导电层的材料为非金属且具有导电性的导电离子和高分子聚合物
。2.
如权利要求1所述的柔性皮层电极阵列，其特征在于，所述导电层的材料为离子水凝胶，所述离子水凝胶由离子溶液与具有高分子网络的水凝胶集成；所述离子溶液包括人工脑脊液
、
氯化钠溶液和氯化钙溶液；所述高分子网络水凝胶包括聚乙烯醇和聚乙烯亚胺
。3.
如权利要求1所述的柔性皮层电极阵列，其特征在于，所述柔性基底层的材料包括聚二甲基硅氧烷或
SU8
；所述柔性基底层上图形化形成有微沟道，所述微沟道中填充导电材料图形化形成电极阵列的引线结构
。4.
如权利要求1所述的柔性皮层电极阵列，其特征在于，所述绝缘层的材料包括聚二甲基硅氧烷或
SU8
；所述绝缘层上图形化形成有与所述微沟道连通的沟道结构，所述沟道结构上填充导电材料图形化形成电极阵列的多个电极及焊盘
。5.
一种适用于电磁环境的柔性皮层电极阵列的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
1)
在第一硬质基底上形成牺牲层，在第二硬直基底上形成牺牲层；
2)
在第一硬质基底上和第二硬质基底上形成的牺牲层上方分别旋涂柔性材料，分别固化形成柔性基底层和绝缘层；
3)
采用光刻方法对所述柔性基底层表面和所述绝缘层表面图形化并形成定义引线区域的微沟道以及定义电极和焊盘区域的沟道结构；
4)
对所述柔性基底层和所述绝缘层的表面进行表面处理后键合；

【专利技术属性】
技术研发人员：李欣蓉，胡源渊，张利剑，陈远方，刘昊，
申请(专利权)人：北京机械设备研究所，
类型：发明
国别省市：