[发明专利]一种三维屈曲结构柔性神经电极及其制备工艺

说明书

本发明提供了一种三维屈曲结构柔性神经电极及其制备工艺，包括弹性基底、粘附层、聚酰亚胺基底层、金属电极层和聚酰亚胺封装层；聚酰亚胺基底层的一表面上设置所述金属电极层；金属电极层上方设置聚酰亚胺封装层，由聚酰亚胺基底层、金属电极层以及聚酰亚胺封装层构成二维平面结构电极；粘附层设置于聚酰亚胺基底层的另一表面上，粘附层包括Ti层和SiO₂层；Ti层设置在聚酰亚胺基底层的表面上，SiO₂层设置于Ti层上，SiO₂层与弹性基底发生缩合反应产生的强化学键使二维平面结构电极与弹性基底表面粘合在一起，通过弹性基底发生形变，使二维平面结构电极在挤压作用下形成三维屈曲结构电极。

技术领域

本发明涉及生物医学工程技术领域的微电极，具体地，涉及一种三维屈曲结构柔性神经电极及其制备工艺。

背景技术

脑疾病已成为我国乃至全世界健康领域所面临的最大挑战之一，绝大多数脑疾病如帕金森症，阿尔茨海默病等缺乏清晰的机理研究和有效治疗方法，因此脑疾病新技术和新治疗方案的研发迫在眉睫。神经元的兴奋和传导会使大脑皮层具有持续的节律性电位变化，即皮层自发脑电活动，可以通过电极和仪器来记录这类生物电活动的图形。

通过电生理记录可以获得神经环路的功能性连接和生理功能之间的关系。皮层脑电极(ECoG)的侵入性介于刺入式密歇根电极(刚性硅针电极)或阵列式犹他电极和颅外EEG电极之间，至今为止，脑皮层电信号在解码癫痫脑区和确定手术目标区域上仍是重要工具。随着微机电系统(MEMS)技术的发展，传统大尺寸ECoG电极正朝着小尺寸，高密度以及多功能方向演变，可以在很小区域内达到毫米甚至亚毫米级别的分辨率，通过大脑皮层表面获取如运动和感觉等更加丰富和精确的脑活动信息。

植入式柔性ECoG电极其中一个重要的发展方向为提高柔性电极与所贴合沟壑崎岖的大脑皮层表面之间的保形贴附，保证全部电极位点能够采集到稳定的脑电信号，例如采用超薄聚合物基底，采用超弹性低模量材料基底，采用网状或指状结构设计，以及采用电极点凸起结构等等。然而目前的方法在不同程度上存在一定问题，基底厚度减薄或网状镂空结构设计都会导致电极机械强度下降，难以承受作用力；超弹性低模量材料MEMS加工兼容性差，难以获得较高的微加工精度；电极点凸起目前多采用在金属下层垫高聚合物的方式，高度固定难以适应复杂曲面变形。

经对现有技术的检索发现，近几年来，力学引导的三维屈曲结构在微结构和固体力学方面得到了广泛关注，但是报道的三维屈曲结构的应用仍十分有限，例如细胞支架，压电陶瓷微执行器，微型天线等。Yan Z,Han M等人在Proceedings of the NationalAcademy of Sciences,2017,114(45):E9455-E9464上撰文“Three-dimensionalmesostructures as high-temperature growth templates,electronic cellularscaffolds,and self-propelled microrobots”，通过预拉伸硅橡胶弹性基底，将背面局部沉积有钛/二氧化硅，表面暴露有8个电极点的PI器件贴附并恢复弹性基底原长，沉积有Ti/SiO₂的区域和硅橡胶弹性基底通过缩合反应形成强化学键得以牢固粘结，器件屈曲形成三维细胞支架，可用于培养例如大鼠背根神经节细胞等。其中Ti/SiO₂是在器件释放后翻转背面朝上，再通过图形化硬掩膜对准需要沉积的键合点，覆盖在器件上完成的。这对于微米级别的小尺寸图形化沉积Ti/SiO₂，不仅对准困难，而且器件释放后需要翻转，难以一次性完成多个器件的精确对准、沉积，因此工艺上存在不足。