[发明专利]用于生物电记录或电刺激的翘曲型柔性电极及其制备方法

说明书

本发明提供一种用于生物电记录或电刺激的翘曲型柔性电极及其制备方法，该电极包括顶层、底层聚合物绝缘层、中间金属层，所述顶层聚合物绝缘层上开有小孔以露出金属电极点，在所述顶层、底层聚合物绝缘层上每个电极点的周围设有沟槽，所述电极点通过该沟槽向整个电极平面以外的方向翘曲，使得电极整体形状能根据具体与所贴附的生物组织形状的贴合程度而改变。这种电极的电极点脱离整体电极平面，是一种立体型的柔性生物电极，在不减少电极厚度的基础上具有与脑皮层更好的贴合性，可以得到更准确的生物信号，其每个翘曲的电极点均可向目标点提供一个向下按压的力，确保沟壑处电极点贴附紧密，读取的信号质量更准确可靠。

技术领域

本发明涉及到一种生物医学工程技术领域使用的柔性生物电极，具体地，涉及一种翘曲型的立体柔性生物电极及其制备方法，主要应用于生物组织植入式电刺激以及电记录。

背景技术

脑机接口技术提供了一种脑与外界的交流方式，它绕开外围神经和肌肉组织，通过人工手段直接将脑部的信号传与外界或是通过刺激方式把外界的信息传递给大脑，基于这种方式，一些患有脑部疾病，如抑郁、癫痫、中风的患者可以通过适当的脑部刺激来治疗疾病，从而减小药物对脑部的损伤；一些患有肢体残疾、肌肉萎缩的病人可以通过脑机接口与外部辅助设备连接重获运动功能。

目前，人们主要通过利用生物电极来采集脑电信号EEG或者脑皮层电信号ECoG来直接读取大脑信息，相对于EEG信号，ECoG信号是通过将生物电极植入到生物体脑皮层表面获得的，这种信号拥有更高的信噪比以及更大的信息量，对于脑皮层电信号ECoG来说，要获得高质量的信号，就得保证植入电极与脑皮层的贴合程度要好，相对位置要稳定。由于脑组织处于一种微动的状态，如果将过硬的平面电极植入颅内，一方面由于电极和脑组织的杨氏模量相差过大，脑组织表面沟壑较多，一些记录电极点不能完整地与脑皮层贴合以导致信号不稳定，另一方面，过硬的电极会对脑组织产生一定的损伤，最后导致电极贴附部位的神经元坏死而记录不到信号。

经过对现有技术文献的检索，目前主要通过减小制备平面电极的厚度以及制备网格型的电极结构来获取较好的柔性达到与脑皮层的紧密贴合。Dong-Hyun Baek和JeyeonLee等在论文“A thin film polyimide mesh microelectrode for chronic epiduralelectrocorticography recording with enhanced contactability”中采用了一种网格结构的脑皮层电极。这种电极相比平面电极在中间开有较多方形孔，仅在电极点和金属连线处是完整的三明治夹层结构，作者通过将这种电极和完整的平面电极对比，发现这种电极具有更好的保角性，与脑皮层贴合性更佳，读取的信号质量更好，但是这种网格电极机械强度较差，在制备和植入的过程中容易由于操作导致损坏。Dae-Hyeong Kim和JonathanViventi等在论文“Dissolvable Films of Silk Fibroin for Ultrathin,ConformalBioIntegrated Electronics”中将生物可溶解的蚕丝蛋白作衬底，再在蚕丝蛋白上图形化网格电极，当电极被植入颅内蚕丝蛋白溶解后，由于毛细力的作用，网格电极会较好地贴附在脑皮层上，这种方式有效避免了网格电极较差的强度，但是蚕丝蛋白毕竟是体外有机物，较厚的蚕丝蛋白衬底溶解后生物体需要一定的时间才能完全消融。Shota Yamagiwa和Makoto Ishida等在论文“Self-curling And-Sticking Flexible SubstrateForECoGElectrode Array”中使用两种热膨胀系数不一样的材料：parylene-N/-C分别作为电极阵列的上下层，由于热应力，室温下该电极卷曲成一卷，当把电极的一端放到湿润的表面上后，由于表面张力的作用，卷曲的电极会自己向前铺展，并较好地覆盖皮层，但是对于较深的脑沟壑，该电极是无法深入的。

发明内容