[发明专利]一种液态金属柔性光遗传神经电极及其制备方法和应用

说明书

本发明提供一种液态金属柔性光遗传神经电极及其制备方法和应用，所述液态金属柔性光遗传神经电极包括柔性聚合物层、位于柔性聚合物层上的液态金属神经电极阵列、置于液态金属神经电极阵列的金属导线一端的微型LED，以及位于液态金属神经电极阵列外层的封装层。本发明选择液态金属材料与柔性高分子材料作为神经电极的电路，结合微型LED制成可拉伸光遗传神经电极，具有很好的拉伸性能和生物相容性，特别适用于光遗传神经调控。在神经电极长期植入过程中，柔性可拉伸的光遗传电极可显著降低电极植入对周围组织的损伤，实现神经电极的长期稳定使用。液态金属柔性光遗传电极制备方法简单，加工成本较低，为光遗传电极批量化生产提供了设计思路。

技术领域

本发明属于神经科学工程技术领域，具体涉及一种液态金属柔性光遗传神经电极及其制备方法和应用。

背景技术

光遗传技术(Optogenetics)是指通过在特定神经细胞中引入光感基团(例如ChR2或NpHR)使其能够对特定波长的光照刺激产生不同的动作电位的响应，实现神经细胞选择性兴奋或者抑制的调控。与传统神经细胞调控技术相比，光遗传技术具有时间和空间分辨率高、细胞特异性强和定位精准等不可比拟的优势，为神经调控和神经疾病诊疗等领域提供了强大的研究工具，被广泛应用于神经类疾病发病机理和治疗机制的研究当中。

目前，为了在活体动物水平实现光遗传调控神经活动，通常是将光学波导提前埋植到动物体内，再通过波导将特定波长的激光导入到动物的目标脑区。常用的石英光纤不仅加工工艺极其复杂，而且其杨氏模量在GPa量级与kPa级别的脑组织存在较大的机械性能差异，进而导致在长期植入过程中，影响光刺激效果并对周围脑组织造成严重的损伤。此外，对于迷走神经、坐骨神经等外周神经部位存在较大形变(40％左右)，坚硬的石英光纤完全无法适用。

CN201811434534公开了一种基于海藻酸钠-聚丙烯酰胺共聚物的柔性可拉伸光纤，柔性光纤具有良好的生物相容性和导光性，为脊髓和周边神经的精准干预提供了新型工具。然而柔性光纤尺寸无法加工集成，同时需要连接外部庞大的光纤光源，限制了动物的自由活动。

CN110742597A公开了一种制备TPU/PDMS三维多孔神经电极的方法首先将具有良好生物相容性的线性聚合物溶解配制成适宜浓度的电纺液，利用静电纺丝技术调整工艺参数制备具有三维空间网络结构的纤维膜，然后通过溅射、蒸镀以及化学沉积等多种手段赋予纤维膜导电性；最后连接导线等，得到具有良好拉伸、粘附性能的三维多孔神经电极。然而其制备的三维多孔神经电极并不能应用于光遗传调控领域。

CN110251125A公开了一种柔性可拉伸神经电极及其制备方法和应用，所述柔性可拉伸神经电极包括柔性高分子材料、嵌于所述柔性高分子材料的液态金属电极以及绝缘材料；所述液态金属电极包括导线、分别位于导线两端的电极位点和外部接口端；所述绝缘材料覆盖液态金属电极的导线和外部接口端。然而该柔性可拉伸神经电极并不能应用于光遗传调控领域。

因而，本领域期望开发一种能够应用于光遗传调控领域并且可拉伸的神经电极。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种液态金属柔性光遗传神经电极及其制备方法和应用。

为达到此发明目的，本发明采用以下技术方案：

一方面，本发明提供一种液态金属柔性光遗传神经电极，所述液态金属柔性光遗传神经电极包括柔性聚合物层、位于所述柔性聚合物层上的液态金属神经电极阵列、置于所述液态金属神经电极阵列的金属导线一端的微型LED，以及位于所述液态金属神经电极阵列外层的封装层。

在本发明中，液态金属柔性光遗传神经电极选择液态金属材料与柔性高分子材料作为神经电极的电路，采用液态金属柔性可拉伸电极阵列结合商用的微型LED制成可拉伸光遗传神经电极，不仅具有优异的拉伸性能，满足外周神经组织存在较大的形变，实现稳定的光刺激，而且具有良好的生物相容性和稳定性，加工工艺简单可靠，大大提高了现有光遗传神经电极的拉伸性能，为光遗传神经调控提供新的技术工具。