[發明專利]具有增強型褶皺微結構的柔性腦機接口電極及制備方法

在審

• 申請號: 201910311400.7
• 申請日: 2019-04-18
• 公開（公告）號: CN110115581A
• 公開（公告）日: 2019-08-13
• 發明（設計）人: 劉景全;吉博文;王明浩;郭哲俊;王隆春;楊斌;王曉林
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: A61B5/0478
• 分類號: A61B5/0478
• 代理公司: 上海恒慧知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 31317
• 代理人: 徐紅銀

本發明提供一種具有增強型褶皺微結構的柔性腦機接口電極及制備方法，電極包括：基底，在所述基底上方設置彈性聚合物薄膜形成彈性聚合物基底，所述彈性聚合物薄膜中摻入硅油，在所述彈性聚合物基底上沉積第一層聚合物薄膜，通過沉積所述第一層聚合物薄膜作為絕緣層，褶皺自發生成。本發明相比于未經過硅油處理的彈性聚合物基底，褶皺幅值明顯增大，比表面積顯著提高；制備方法與微機電系統工藝兼容性強，獲得的增強型褶皺在后續圖形化電極層和聚合物封裝層過程中，形貌始終保持不變；可以有效提高電鍍電極改性材料和電極界面的結合力，保證穩定可靠的電化學性能，因此本發明在微型柔性電生理傳感器尤其是腦機接口電極領域存在廣泛的應用價值。

技術領域

本發明屬于生物醫學工程技術領域的微電極，具體地，涉及一種具有增強型褶皺微結構的柔性腦機接口電極及制備方法。

背景技術

隨著腦機接口和人工智能技術的高速發展，準確可靠地獲取大腦信息已成為必不可少的環節。柔性神經微電極的出現為實現這一目的提供了一種工具，可以通過貼附在大腦皮層上采集腦電信號，對于神經環路功能研究和腦區病灶確診有重要意義。神經元具有龐大的數量和豐富的種類，如何提高信號拾取的分辨率正得到越來越多的關注，高密度電極的開發顯得尤為重要。在縮小了電極點尺寸的情況下，可以通過提高電極的比表面積來保證較低的界面阻抗，提高信號分辨率。

褶皺是薄膜在壓縮應力作用下發生屈曲達到平衡的一種力學現象，大量研究表明，剛性薄膜覆蓋在彈性聚合物基底的表面，會在壓縮應力作用下自發形成各種紋理的褶皺。隨著褶皺應用價值的不斷發現和微納加工技術的發展，人們開始利用表面褶皺微納結構開發各種功能性器件，例如壓力傳感器、應變傳感器、晶體管、LED發光二極管、太陽能電池、壓電能量采集器、摩擦電能量采集器、超級電容器和電池等等。而如何將褶皺微結構應用在用于神經信號采集的生物傳感器，即神經微電極，需要開發出簡單可行，工藝兼容，可控性高的制備工藝來實現。

經對現有技術的檢索發現，中國華中科技大學湯自榮等人提出“一種碳微電極陣列結構的制備方法”發明專利(CN102730628B)，利用厚膠光刻首先得到陣列碳微結構，在表面沉積金屬后在惰性氣體氛圍中熱解得到金屬納米褶皺結構用于微電極，但是需要900℃高溫使得膠層完全碳化，無法與很多現有的常用柔性聚合物材料如聚酰亞胺，聚對二甲苯，聚二甲基硅氧烷等工藝兼容。

采用常規技術形成褶皺的方法是對彈性聚合物基底進行預拉再沉積剛性薄膜。Yang L,Zhao Y等人在Nano Letters,2016,17(1),71-77撰文：“Highly crumpled all-carbon transistors for brain activity recording”，通過在雙向預拉伸的彈性聚合物基底上轉印碳納米管和石墨烯組合在一起的晶體管薄膜結構，再恢復基底到原長，在薄膜表面形成了高比表面積的褶皺結構，制備成的電極可以高分辨率地用來采集腦皮層電信號。但是這種形成褶皺的制備過程操作相對復雜，不可控因素較多，且脫離了剛性基底如硅片，難以和硅片上MEMS工藝集成。