[发明专利]一种植入式双面柔性微阵列电极的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种植入式双面柔性微阵列电极的制备方法，可应用于神经康复、神经生物学基础研究等领域。

背景技术

神经工程系统是目前一个非常活跃且发展迅速的研究领域，比如脑-机接口，神经假体等问题受到越来越多的关注。在神经工程系统中，最基本关键的部分是神经-电子接口，即电极，它的功能主要表现为两种形式：一种是将神经活动转换为电信号被记录下来进行分析研究，一种是利用电信号激励或抑制神经活动以实现功能性电刺激(functional electrical stimulation，FES)。电极的性能直接影响神经电刺激和神经信号记录的质量。

有限损伤情况下高密度电极是目前的一个热点和难点，是进行高选择性电刺激或记录的保证。为了增加电极的高密度，目前一般通过利用MEMS工艺加工制作高密度的微电极阵列来实现。所用的基底材料一般有刚性和柔性两大类，刚性的材料主要有硅；柔性的材料主要是聚酰亚胺、聚对二甲苯等聚合物材料。为了保证记录或刺激电极与神经束的良好接触，以及减小电极对生物组织的损伤，越来越多的微电极采用聚合物作为基底材料来制作。

双面电极能在同样的损伤情况下，提高电极的密度，实现高密度电极。基于聚合物基底双面电极制作的难点在于在MEMS工艺中，聚合物材料需要在基片上加工。这就导致了背面电极制作的复杂性。目前来说，基于聚合物基底的双面电极鲜有报道：唯一的报道[Stieglitz T.“Flexible biomedicalmicrodevices with double-sided electrode arrangements for neuralapplications”[J].Sensors and Actuators A：Physical，2001，90(3)：203-211.]，使用非光敏的聚酰亚胺采用预先掩埋A1掩膜的方法采用多步反应离子刻蚀制作柔性双面电极。当正面电极制作完成后，从基底上“小心地”揭下薄膜电极，反转贴附。然而，此“揭下”和“贴附”的非标准MEMS工艺步骤难以保证薄膜的完整性和平坦性，进而制约着器件的成品率。本发明设想提供一种植入式双面柔性微阵列电极的制备方法，克服了上述工艺的缺点，既简化了工艺流程，又可提高成品率。

发明内容

本发明的目的在于提供一种植入式双面柔性微阵列电极的制备方法，通过采用柔性聚合物作为结构材料和加工双面电极结构，在有限损伤的情况下，提高神经电刺激和信号记录的空间分辨率。本发明的目的是通过以下措施来达到：首先在硅基片上制作牺牲层，然后其上制作一层聚合物绝缘层，并通过甩涂光刻胶、光刻、溅射、Lift-off(剥离)工艺制作金属层、聚合物图形化来制作正面电极；通过玻璃基片上制作图形化聚合物键合层，以热压方式将其与硅基片电极面局部键合，腐蚀牺牲层实现电极反转；最后甩涂光刻胶、光刻、溅射、剥离工艺制作金属层、聚合物图形化来制作反面电极，并通过光刻形成的聚合物凹槽结构释放双面电极。

本发明提供的一种植入式双面柔性微阵列电极的制备方法，其特征在于：所述的牺牲层通过氧化硅片形成二氧化硅膜，然后再蒸发铝膜或溅射铬、钛膜形成，其厚度在10nm～2μm之间；所述绝缘层通过旋涂聚酰亚胺或沉积聚对二甲苯制作，其厚度在100nm～100μm之间；所述正面和反面电极通过光刻和剥离(Lift-off)工艺制作；所述聚合物键合层通过光刻工艺在玻璃基片上形成，其厚度在100nm～100μm之间，并通过热压键合硅基片电极面与玻璃基片聚合物面完成键合；热压键合施加的强压为10⁴-10⁵Pa，温度为340-360℃时间为0.5-1.5小时。所述电极面反转是通过酸腐蚀或电化学腐蚀去除牺牲层来实现的；所述双面电极的释放通过光刻制作凹槽结构定义电极轮廓，并沿凹槽撕裂完成，凹槽宽度在2μm～100μm之间。

本发明与目前常用的聚合物单面电极相比，能够在有限损伤的情况下，提高神经电刺激和信号记录的空间分辨率一倍。另外，本发明使用的制备方法是与传统的微机电(MEMS)加工工艺(主要包括：光刻、溅射、Lift-off及牺牲层释放)相兼容，可标准化大批量生产，能够制作微小精密的电极，且电极制备方法简单，易于批量生产。所制作的植入式双面柔性电极可以在同样损伤的情况下，提供比单面电极高一倍的刺激或记录分辨率。

附图说明

图1为本发明实施例在硅基片上蒸发铝膜制作牺牲层后结构示意图

图2为本发明实施例在硅基片上制作正面电极后的结构示意图