[發明專利]一種基于碳納米管線的植入式神經電極

在審

• 申請號: 201710244916.5
• 申請日: 2017-04-14
• 公開（公告）號: CN106963358A
• 公開（公告）日: 2017-07-21
• 發明（設計）人: 隋曉紅;朱豐源;王逸林;朱璟然
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: A61B5/04
• 分類號: A61B5/04;A61N1/05;A61L31/02
• 代理公司: 上海旭誠知識產權代理有限公司31220
• 代理人: 鄭立

技術領域

本發明涉及醫療器械領域，尤其涉及一種基于碳納米管線的植入式神經電極。

背景技術

作為生物神經系統與人工電子設備的物理通道，植入式神經電極的性能直接決定了生物神經電信號的采集和神經電刺激的長期可靠性。神經電極的設計考慮因素主要包括材料的生物相容性與生物安全性、電極的力學與電化學穩定性、以及制作工藝的重復性等。

傳統的針對外周和中樞神經組織的植入式神經電極多采用聚合物、鉑、銥或硅的材料，盡管已經可以實現電極的功能，但是難以做到高生物相容性、柔性(即低機械損傷性)、高信噪比和高電荷注入能力的統一。其中，電極的柔性是一個巨大的問題，柔性極大地影響電極與神經纖維之間的相對運動，電極的柔性越高，電極與神經纖維之間的相對運動越少，造成的機械損傷越小，有利于神經組織的再生和提高神經信號的信噪比。電極越細，彎曲模量越小則柔性越好；然而電極粗細受到材料本身電化學性質和機械性質的影響，普通材料過細容易斷裂且會提高阻抗，不利于電極實施電刺激。因此，研制兼具優越的柔性、電化學特性和生物相容性的新型電極是實現長期穩定的神經電信號記錄或刺激的關鍵。

經對現有技術的文獻檢索發現，Cutrone等人在Journal of Neural Engineering(神經工程期刊，12(2015)016016)上發表的“A three-dimensional self-opening intraneural peripheral interface(SELINE)”(三維自固定的外周神經接口)，該文提出一種基于聚酰亞胺材料的可固定在外周神經束內的神經電極。具體設計思路為：通過寬度為150μm的結構，在體將寬度為360μm的電極陣列固定在外周神經束內。該電極陣列的基底材料為聚酰亞胺，金作為電極材料。其不足在于：生物體在自由運動的過程中，由于聚酰亞胺基底材料的柔性不足，因此將導致該電極陣列會直接引起神經束內的神經纖維的機械損傷，無法實現長期有效的神經電信號記錄或者刺激。同時，由于金作為電極材料的電荷注入能力差，在用作刺激電極時，容易發生電化學腐蝕，無法長期用作刺激電極。

發明內容

有鑒于現有技術的上述缺陷，本發明所要解決的技術問題是現有的神經電極難以同時有高生物相容性、低機械損傷性、高信噪比和高電荷注入能力，無法實現長期有效的對生物電信號進行采集與輸出的問題。

有鑒于現有技術的上述缺陷，本發明提供一種基于碳納米管線的植入式神經電極，包括暴露部分1和絕緣部分2，所述暴露部分1與所述絕緣部分2來源于同一根碳納米管線電極，所述暴露部分1的碳納米管線電極直接暴露，所述絕緣部分2的碳納米管線電極被絕緣層包裹；所述暴露部分1用于神經電信號的記錄或者對神經進行電刺激。

進一步地，所述神經電極的材料為碳納米管線，所述碳納米管線的直徑為100nm-100μm。

進一步地，所述碳納米管線由多條直徑為0.1nm-10nm的單根碳納米管拉制而成。

進一步地，所述暴露部分1的碳納米管線電極長度范圍是1μm-1mm。

進一步地，所述絕緣部分2的絕緣層材料為C型聚對二甲苯(Parylene-C)或者醫用硅膠(Silicone)。

進一步地，所述絕緣部分2的絕緣層厚度為1μm-5μm。

進一步地，所述植入式神經電極的神經植入載具是具有尖端的剛性固體結構，如鎢絲、不銹鋼絲。

進一步地，所述植入式神經電極的記錄方式為差動式記錄或者非差動式記錄，所述差動式記錄是指通過兩個相鄰的碳納米管線電極實現兩通道的神經電信號的差動記錄，消除共模的背景噪聲干擾，提高信噪比。

進一步地，所述植入式神經電極是單通道電極或者多通道電極。

進一步地，所述植入式神經電極的刺激方式為單極電刺激或者雙極電刺激，所述單極電刺激指的是回收電極(return electrode)尺寸大于刺激電極尺寸，并且距離刺激電極超過1厘米的刺激方式，所述回收電極與刺激電極形成一個回路；所述雙極電刺激指的是兩個距離在幾十微米至數毫米的刺激電極共同使用的刺激方式。

進一步地，所述植入式神經電極能夠用于外周或者中樞神經系統組織。

進一步地，所述植入式神經電極的植入指的是所述暴露部分1完全置于外周神經束內或者中樞神經組織內部。

與現有技術相比，本發明具有如下有益效果：