[發明專利]一種基于自膨脹水凝膠的三維柔性神經微電極及制備方法

有效

• 申請號: 202010535628.7
• 申請日: 2020-06-12
• 公開（公告）號: CN111657937B
• 公開（公告）日: 2023-06-09
• 發明（設計）人: 吉博文;馮慧成;常洪龍
• 申請（專利權）人: 西北工業大學
• 主分類號: A61B5/291
• 分類號: A61B5/291;A61B5/266;C23C14/04;C23C14/10;C23C14/20;C23C14/34
• 代理公司: 西安凱多思知識產權代理事務所(普通合伙) 61290
• 代理人: 王鮮凱

1.一種基于自膨脹水凝膠的三維柔性神經微電極，其特征在于包括高模量彈性基底層（1），中模量溫敏水凝膠（2），低模量彈性基底層（3）以及聚合物襯底蛇形電極；高模量彈性基底層（1）與低模量彈性基底層（3）之間的中部設有中模量溫敏水凝膠（2），低模量彈性基底層（3）上設有聚合物襯底蛇形電極，其中聚合物襯底蛇形電極是多根蛇形電極導線采用蛇形導線互連結構，以圓形電極點為中心向四周伸展，當中模量溫敏水凝膠自膨脹，驅動電極點發生面外變形，形成三維凸起結構；所述中模量溫敏水凝膠（2）的楊氏模量低于高模量彈性基底層（1），且高于低模量彈性基底層（3）。

2.根據權利要求1所述的一種基于自膨脹水凝膠的三維柔性神經微電極，其特征在于，所述聚合物襯底蛇形電極依次布局為：鈦/二氧化硅（4），聚酰亞胺襯底層（5），金屬導線層（6）和聚酰亞胺封裝層（7），其中，金屬導線層（6）的中部電極點裸露于聚酰亞胺封裝層（7）之外。

3.根據權利要求1所述的一種基于自膨脹水凝膠的三維柔性神經微電極，其特征在于，所述高模量彈性基底層厚度為20~100?μm，楊氏模量范圍為0.5?MPa~2?Mpa；低模量彈性基底層厚度為20~100?μm，楊氏模量范圍為50?kPa~200?kPa；中模量溫敏水凝膠的溫度敏感范圍為超過30攝氏度時，發生體積膨脹。

4.根據權利要求2所述的一種基于自膨脹水凝膠的三維柔性神經微電極，其特征在于，所述金屬導電層暴露出的電極點直徑為50~200?μm。

5.一種權利要求1~4任一項中所述的一種基于自膨脹水凝膠的三維柔性神經微電極的制備方法，其特征在于步驟如下：

步驟1：在硅片上沉積一層金屬鋁，作為蛇形電極犧牲層；

步驟2：在犧牲層上方通過光刻圖形化，制作聚酰亞胺襯底層；所述光刻圖形化為聚合物襯底蛇形電極形狀，即多根蛇形電極以圓形電極為中心向四周伸展；

步驟3：在聚酰亞胺襯底層上方按順序濺射種子層和金屬層；

步驟4：在金屬層上方通過光刻圖形化，形成正性光刻膠掩膜，再通過離子束刻蝕得到圖形化金屬導線層；

步驟5：在金屬導線層上方通過光刻圖形化，制作聚酰亞胺封裝層，暴露出金屬導線層的電極點；

步驟6：在聚酰亞胺封裝層制備完成后，使用多層無塵紙覆蓋硅片表面并用玻璃片壓覆，浸泡稀鹽酸溶液中腐蝕鋁犧牲層，完成蛇形電極釋放；

步驟7：在蛇形電極釋放完成后，利用PVA水溶性膠帶平整地從硅片粘起蛇形電極，并在聚酰亞胺襯底層表面按順序濺射金屬鈦和二氧化硅；

步驟8：在一片硅片通過光刻圖形化，制作SU-8光刻膠模具，?SU-8光刻膠厚度為10~50μm；

步驟9：在SU-8光刻膠模具表面旋涂一層高模量彈性硅膠，作為高模量彈性基底層；

步驟10：剝離并翻轉高模量彈性基底層，在凹坑位置注射打印圖形化中模量溫敏水凝膠；

步驟11：在中模量溫敏水凝膠上方旋涂一層低模量彈性硅膠，作為低模量彈性基底層；

步驟12：激光切割高模量彈性基底層和低模量彈性基底層構成的雙層基底，得到三維柔性神經微電極的圖形化彈性基底；

步驟13：在圖形化彈性基底表面進行紫外光照射，并利用PVA水溶性膠帶轉印聚合物襯底蛇形電極；

步驟14：浸泡去離子水中，去除PVA水溶性膠帶，暴露金屬導線層的電極點，得到三維柔性神經微電極。

6.根據權利要求5所述的方法，其特征在于：所述步驟1中金屬鋁犧牲層厚度為100~1000?nm。

7.根據權利要求5所述的方法，其特征在于：所述步驟2和步驟5中，聚酰亞胺襯底層和聚酰亞胺封裝層厚度分別為1~10?μm。

8.根據權利要求5所述的方法，其特征在于：所述步驟3中種子層材料為鉻或鈦，厚度為10~50?nm。

9.根據權利要求5所述的方法，其特征在于：所述金屬層材料為金或鉑，厚度為100~500nm。

10.根據權利要求5所述的方法，其特征在于：所述金屬鈦厚度為5~20?nm，二氧化硅厚度為30~200?nm。