一种利用气液柱进行加强的植入式柔性神经微电极

1.本公开涉及脑机接口技术领域，具体涉及一种利用气液柱进行加强的植入式柔性神经微电极。


背景技术：

2.植入式多通道神经微电极是一种可通过手术植入大脑皮层或生物其他组织部位的神经接口器件，一般由金属或制备在硅等刚性材料上的神经微电极可依靠自身的强度和硬度插入组织。柔性电极是一种制备在柔性衬底上的神经接口器件，与硬质电极相比，其杨氏模量与生物组织更为接近，因此具有更好的生物相容性，但由于其自身柔软，无法直接植入到组织中。
3.常用的柔性电极植入方法有两种：一种是加强法，利用聚乙醇、麦芽糖、吉利丁等聚合物材料包裹在微丝外周，利用这些材料在某些温度或脱水时硬度较好的时机，辅助电极植入组织，然后通过组织液的溶解和代谢逐渐去除这些辅助材料，只留下微丝电极在体内。另一种是粘附导入法，将柔性微丝电极利用水溶性胶或表面张力临时贴附在硬质微针表面，利用硬质微针将柔性电极带入后，溶解临时粘附胶，拔出导入针，达到将柔性电极植入体内的目的。
4.在实际的应用过程中，加强法需要选择特定的生物组织可吸收材料，而这些材料的硬度都较低，为了达到植入需要的强度，包裹微丝的体积往往较大，容易造成较大损伤。粘附植入方法需要事先将每个微丝都与刚性导入针体粘附，限制了柔性电极植入的数量，且拔出刚性导入针体时会对组织造成二次损伤。


技术实现要素：

5.为了解决现有技术中上述问题，本公开提供了一种利用气液柱进行加强的植入式柔性神经微电极，旨在优化神经微电极结构的同时，避免对被植入组织的二次损伤。
6.本公开的第一个方面提供了一种利用气液柱进行加强的植入式柔性神经微电极，包括：自上而下紧密接合的柔性层、记录电极层及柔性绝缘层；其中，柔性层包括：柔性外壳、空腔及气液体注入口，其中，柔性外壳内部形成空腔，气液体注入口与空腔连接；记录电极层包括：多个电极记录位点、多个电极走线及多个后端连接pad，记录电极层通过多个电极记录位点获取神经信号，并经多个电极走线及多个后端连接pad将神经信号传输至外部信号处理系统；柔性绝缘层，其作为记录电极层的上覆盖层，以使记录电极层仅暴露出多个电极记录位点和多个后端连接pad，从而实现对神经信号的记录。
7.进一步地，柔性绝缘层包括：柔性材料主体、多个前端电极位点暴露孔及多个后端pad暴露孔；其中，柔性材料主体一端形成多个前端电极位点暴露孔，多个前端电极位点暴露孔与多个电极记录位点一一对应；柔性材料主体的另一端形成多个后端pad暴露孔，多个后端pad暴露孔与多个后端连接pad一一对应，以使多个后端连接pad暴露在外面。
8.进一步地，气液体注入口与空腔连通，且气液体注入口的内直径大于空腔的内直
径；其中，气液体注入口用于向空腔内接入气体或液体，以使增强柔性层的硬度，便于该神经微电极植入。
9.进一步地，柔性层及柔性绝缘层均由柔性材料构成，柔性材料为与生物相容的柔性高分子聚合物材料。
10.进一步地，多个电极记录位点、多个电极走线多个后端连接pad均由导电材料构成。
11.进一步地，柔性层及柔性绝缘层的层厚小于10μm。
12.本公开相对于现有技术至少具备以下有益效果：
13.(1)、本公开利用气柱或液柱对柔性电极进行强度加强，使其既具有一定的硬度可以穿透脑组织，同时并没有过多增加柔性电极植入时的体积，因此具有较小的植入损伤。
14.(2)、使用的气柱或液柱可以通过调节其压强来改变柔性电极的硬度，从而可以应对不同的植入情况。
15.(3)、该柔性电极植入完成后，气柱或液柱可以瞬间释放掉，使电极恢复到柔性状态，不会对神经组织造成二次损伤。
附图说明
16.为了更完整地理解本公开及其优势，现在将参考结合附图的以下描述，其中：
17.图1示意性示出了根据本公开一实施例的利用气液柱进行加强的植入式柔性神经微电极的结构示意图；
18.图2示意性示出了根据本公开一实施例的可利用气液柱进行加强的植入式柔性神经微电极的各层结构示意图；
19.附图标记说明：
20.10-柔性层、20-记录电极层、30-柔性绝缘层、101-柔性外壳、102-空腔、103-气液体注入口、201-电极记录位点、202-电极走线、203-后端连接pad、301-柔性材料主体、302-前端电极位点暴露孔、303-后端pad暴露孔、100-利用气液柱进行加强的植入式柔性神经微电极。
具体实施方式
21.以下，将参照附图来描述本公开的实施例。但是应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本公开的范围。在下面的详细描述中，为便于解释，阐述了许多具体的细节以提供对本公开实施例的全面理解。然而，明显地，一个或多个实施例在没有这些具体细节的情况下也可以被实施。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本公开的概念。
22.在此使用的术语仅仅是为了描述具体实施例，而并非意在限制本公开。在此使用的术语“包括”、“包含”等表明了所述特征、步骤、操作和/或部件的存在，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、步骤、操作或部件。
23.在此使用的所有术语(包括技术和科学术语)具有本领域技术人员通常所理解的含义，除非另外定义。应注意，这里使用的术语应解释为具有与本说明书的上下文相一致的含义，而不应以理想化或过于刻板的方式来解释。
24.基于现有技术存在的问题，本公开的实施例提供了一种利用气液柱进行加强的植入式柔性神经微电极，其利用气柱或液柱对柔性电极进行强度加强，使其既具有一定的硬度可以穿透脑组织，同时并没有过多增加柔性电极植入时的体积，因此具有较小的植入损伤。在该柔性电极植入完成后，气柱或液柱可以瞬间释放掉，使电极恢复到柔性状态，不会对组织造成二次损伤。
25.图1示意性示出了根据本公开一实施例的利用气液柱进行加强的植入式柔性神经微电极的结构示意图。图2示意性示出了根据本公开一实施例的可利用气液柱进行加强的植入式柔性神经微电极的各层结构示意图。
26.如图1所示，该利用气液柱进行加强的植入式柔性神经微电极100，包括：自上而下紧密接合的柔性层10、记录电极层20及柔性绝缘层30。
27.本公开的实施例中，柔性层10包括：柔性外壳101、空腔102及气液体注入口103。其中，柔性外壳101内部形成空腔102，气液体注入口103与空腔102连接且接通。
28.具体地，气液体注入口103的内直径大于空腔102的内直径，气液体注入口103作为气体或液体的接入口，用于为空腔102内接入气体或液体，以使柔性层10的硬度增强，便于该神经微电极100的植入。
29.需说明的是，通过气液体注入口103接入的气体可以为空气、稀有气体等等，通过气液体注入口103接入的液体可以为去离子水等，本公开的实施例对气液体注入口103接入的气体不做限定。
30.本公开的实施例中，记录电极层20，其夹在柔性层10与柔性绝缘层30之间，具体包括：多个电极记录位点201、多个电极走线202及多个后端连接pad 203。其中，记录电极层20通过多个电极记录位点201获取神经信号，并经多个电极走线202及多个后端连接pad203将神经信号传输至外部信号处理系统。
31.具体地，多个电极记录位点201、多个电极走线202及多个后端连接pad 203的数量相同，即一个电极走线202一端设置一电极记录位点201，另一端连接于一后端连接pad 203，每个电极记录位点201可用于采集一个位点的神经信号，通过多个电极记录位点201采集到的多个神经信号，对该多个神经信号进行算法处理分析，可以实现对神经信号的记录。
32.本公开的实施例中，柔性绝缘层30，其作为记录电极层20的上覆盖层，以使记录电极层20仅暴露出多个电极记录位点201和多个后端连接pad203，从而实现对神经信号的记录。
33.如图2所示，柔性绝缘层30具体包括：柔性材料主体301、多个前端电极位点暴露孔302及多个后端pad暴露孔303。其中，柔性材料主体301一端形成多个前端电极位点暴露孔302，多个前端电极位点暴露孔302与多个电极记录位点201一一对应；柔性材料主体301的另一端形成多个后端pad暴露孔303，多个后端pad暴露孔303与多个后端连接pad 203一一对应，以使多个后端连接pad 203暴露在外面，便于多个后端连接pad 203与外部信号处理系统的电连接。
34.具体地，多个前端电极位点暴露孔302的数量与多个电极记录位点201的数量相同，每个前端电极位点暴露孔的直径略小于电极记录位点201的直径。多个后端pad暴露孔303与多个后端连接pad 203的数量相同，每个后端pad暴露孔303的尺寸大小可大于等于后端连接pad 203的尺寸，以便于实现后端连接pad 203与外部信号处理系统的电连接。
35.需说明的是，本公开的实施例中柔性层10与柔性绝缘层30可以为一体成型结构，以便于完成对记录电极层20的封装，以及实现气体或液体的接入，实现柔性材料层的硬度转变，完成该神经微电极的植入。
36.根据本公开的实施例，柔性层10及柔性绝缘层30均由柔性材料构成，该柔性材料例如可以为与生物相容的柔性高分子聚合物材料等，举例而言，与生物相容的柔性高分子聚合物材料为如聚酰亚胺(pi)、pdms或派瑞林等。
37.本公开的实施例中，为便于该神经微电极100的植入，该神经微电极100的尺寸应保证足够小，柔性层10及柔性绝缘层30的层厚范围为小于10μm，例如其由聚酰亚胺构成时，柔性层10及柔性绝缘层30的层厚优选3～4μm。
38.进一步地，多个电极记录位点201、多个电极走线202及多个后端连接pad 203均由导电材料构成。举例而言，多个电极记录位点201及多个后端连接pad 203优选cr/au复合层构成，多个电极走线202优选cr/au/cr复合层构成。各导电材料的层厚范围为100nm～200nm。举例而言，电极走线202的层厚优选120nm，多个电极记录位点201及多个后端连接pad 203的层厚优选110nm。
39.本公开的实施例中，该利用气液柱进行加强的植入式柔性神经微电极100在植入被植入体体内时，利用具有一定压强的气柱或液柱经过气液体注入口103向空腔102内接入空气或液体，临时增加该神经微电极100的针体强度，以使该神经微电极100可以便于插入被植入体的脑组织中，而不增加对被植入体的脑组织额外的损伤。在完成植入后，撤去气柱或液柱即可使得该神经微电极100重新恢复至柔软，因此不会造成对脑组织的二次损伤，实现了该神经微电极100的微创植入。
40.需说明的是，在该神经微电极100植入的过程中，记录电极层20中的多个后端连接pad 203位于植入体外部，以连接于外部信号处理系统，只需满足多个电极记录位点201及多个电极走线202部分植入被植入体即可。另外，使用的气柱或液柱可以根据实际使用情况通过调节其压强来改变柔性电极的硬度，从而可以应对不同的植入情况。
41.本公开相对于现有技术至少具备以下有益效果：
42.(1)、本公开利用气柱或液柱对柔性电极进行强度加强，使其既具有一定的硬度可以穿透脑组织，同时并没有过多增加柔性电极植入时的体积，因此具有较小的植入损伤。
43.(2)、使用的气柱或液柱可以通过调节其压强来改变柔性电极的硬度，从而可以应对不同的植入情况。
44.(3)、该柔性电极植入完成后，气柱或液柱可以瞬间释放掉，使电极恢复到柔性状态，不会对神经组织造成二次损伤。
45.尽管已经在附图和前面的描述中详细地图示和描述了本公开，但是这样的图示和描述应认为是说明性的或示例性的而非限制性的。
46.本领域技术人员可以理解，本公开的各个实施例和/或权利要求中记载的特征可以进行多种范围组合和/或结合，即使这样的组合或结合没有明确记载于本公开中。特别地，在不脱离本公开精神和教导的情况下，本公开的各个实施例和/或权利要求中记载的特征可以进行多种组合和/或结合。所有这些组合和/或结合均落入本公开的范围。
47.尽管已经参照本公开的特定示例性实施例示出并描述了本公开，但是本领域技术人员应该理解，在不背离所附权利要求及其等同物限定的本公开的精神和范围的情况下，
可以对本公开进行形式和细节上的多种改变。因此，本公开的范围不应该限于上述实施例，而是应该不仅由所附权利要求来进行确定，还由所附权利要求的等同物来进行限定。