[發(fā)明專利]一種三維實(shí)體針尖柔性微電極陣列及其制作方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201110301733.5
• 申請日: 2011-09-30
• 公開（公告）號: CN102336386A
• 公開（公告）日: 2012-02-01
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李志宏;王任鑫;王瑋
• 申請（專利權(quán)）人: 北京大學(xué)
• 主分類號: B81B7/04
• 分類號: B81B7/04;B81C1/00;A61B5/04
• 代理公司: 北京市商泰律師事務(wù)所 11255
• 代理人: 毛燕生

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種三維實(shí)體針尖柔性微電極陣列及其制作方法，尤其涉及利用硅劃片-腐蝕制作方法制作三維實(shí)體針尖柔性微電極陣列，屬于微機(jī)械加工技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

人類對神經(jīng)接口的研究已持續(xù)了超過30年了。神經(jīng)接口，是指在人或動(dòng)物神經(jīng)(或者神經(jīng)細(xì)胞的培養(yǎng)物)與外部設(shè)備間創(chuàng)建的直接連接通路，包括神經(jīng)電極和外圍處理電路部分，實(shí)現(xiàn)對神經(jīng)的電刺激和記錄，從而達(dá)到改善和分析腦皮層的電活動(dòng)。20世紀(jì)90年代中期以來，從實(shí)驗(yàn)中獲得的此類知識呈顯著增長。在多年來動(dòng)物實(shí)驗(yàn)的實(shí)踐基礎(chǔ)上，應(yīng)用于人體的早期神經(jīng)接口被設(shè)計(jì)及制造出來，用于恢復(fù)損傷的聽覺、視覺和肢體運(yùn)動(dòng)能力。應(yīng)用于神經(jīng)電刺激與記錄的微電極陣列作為神經(jīng)接口中與神經(jīng)聯(lián)系最緊密，接觸最直接的部分，其性能直接影響著神經(jīng)接口的應(yīng)用和效率。如何制作出生物兼容性、電刺激和記錄效果好的微電極陣列是神經(jīng)接口研究中的關(guān)鍵問題。

近年來，由于基于柔性襯底的電極陣列具有很好的生物兼容性和對組織較小的損害，被廣泛研究和應(yīng)用于神經(jīng)修復(fù)植入式器件。但基于此類柔性襯底一般是平面電極陣列，其中以USC的M.S.Humayun和Caltech(加州理工學(xué)院)的Y.C.Tai研制的視網(wǎng)膜修復(fù)芯片最具代表性。在文件“Flexible?Parylene-based?Microelectrode?Technology?for?Intraocular?Retinal?Prostheses”in?Proceedings?of?the?1st?IEEE?International?Conference?on?Nano/Micro?Engineered?and?Molecular?Systems?January?18-21，2006，Zhuhai，China(應(yīng)用于眼內(nèi)視網(wǎng)膜修復(fù)的基于Parylene的柔性微電極技術(shù)，第一屆納米/微米工程和分子系統(tǒng)國際年會(huì)，1月18-21，2006，珠海，中國)中，他們在生物兼容性良好的parylene襯底上，制備出集成有ASIC的平面電極芯片，成功植入眼球視網(wǎng)膜上，實(shí)現(xiàn)電刺激視網(wǎng)膜然后通過視神經(jīng)把信號傳到視覺皮層，形成人工視覺。此平面電極能較好地滿足生物兼容性的要求和電傳導(dǎo)的功能，不足之處是電極不能有效貼緊組織，刺激效果受影響，也正由于此，限制了此類平面電極應(yīng)用于其他神經(jīng)接口的應(yīng)用。

另外，基于剛性襯底的三維電極陣列也在神經(jīng)刺激與記錄中被廣泛使用，其三維針尖能有效地扎入組織，提供電流刺激與記錄，例如美國猶他大學(xué)的Richard?Normann研發(fā)的“猶他”電極陣列(UTAH?MEA)，如文獻(xiàn)“Neuronal?ensemble?control?of?prosthetic?devices?by?a?human?with?tetraplegia”Vol?442|13July?2006，nature(針對四肢癱瘓患者的神經(jīng)控制修復(fù)器件，442卷13期，2006年7月，自然)報(bào)道，其基于硅襯底研制出96電極點(diǎn)陣陣列，取名為BrainGate，應(yīng)用于侵入式腦機(jī)接口，已有成功植入腦皮層使患者控制機(jī)械臂的案例，能夠通過運(yùn)動(dòng)意圖來完成機(jī)械臂控制、電腦光標(biāo)控制等任務(wù)，其植入物位于前中回的運(yùn)動(dòng)皮層對應(yīng)手臂和手部的區(qū)域。以BrainGate為主打產(chǎn)品的Cybernetics公司，以Cybernetics神經(jīng)技術(shù)公司為名在美國股市上市，宗旨是推動(dòng)實(shí)用的人類腦機(jī)接口技術(shù)的發(fā)展，在世界范圍內(nèi)銷售其產(chǎn)品。但由于硬性襯底的關(guān)系，電極必須嚴(yán)格處于固定位置，不能有效貼合不平整表面，也容易造成組織的損傷。硬性襯底面積不能太大，限制了電極陣列的規(guī)模。此外，硅針尖除了作結(jié)構(gòu)支撐，還需電傳導(dǎo)功能，得到的電極自身電阻會(huì)較金屬電極大，且抗干擾能力變?nèi)酢?/p>