[發(fā)明專利]多維度提取神經(jīng)元信號(hào)的柔性神經(jīng)電極植入系統(tǒng)

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010950131.1
• 申請(qǐng)日: 2020-09-10
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN112022154A
• 公開(kāi)（公告）日: 2020-12-04
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 裴為華;魏春蓉
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)院半導(dǎo)體研究所
• 主分類號(hào): A61B5/0478
• 分類號(hào): A61B5/0478;A61B5/04;A61B17/00
• 代理公司: 中科專利商標(biāo)代理有限責(zé)任公司 11021
• 代理人: 孫蕾

一種柔性神經(jīng)電極植入系統(tǒng)，包括柔性電極，包括上下絕緣層、中間導(dǎo)電層和記錄點(diǎn)修飾層，用于提取神經(jīng)元的放電活動(dòng)；植入儀器，包括植入主體和可壓縮側(cè)翼，用于將柔性電極送入目標(biāo)腦區(qū)。本發(fā)明采用的是將柔性電極和植入工具結(jié)合的植入方式。所制備的柔性電極具有很好的生物相容性，不會(huì)引起過(guò)多的星型膠質(zhì)細(xì)胞和小膠質(zhì)細(xì)胞對(duì)神經(jīng)細(xì)胞的信號(hào)采集，同時(shí)，植入儀器能夠同時(shí)在一個(gè)手術(shù)腦區(qū)植入多個(gè)電極，簡(jiǎn)化了多電極植入的手術(shù)流程，提高了動(dòng)物實(shí)驗(yàn)效率和成功概率。植入儀器的可壓縮側(cè)翼將輸送到不同的位置進(jìn)行腦電信號(hào)提取，拓寬電極有效作用空間的同時(shí)使得電極記錄點(diǎn)遠(yuǎn)離植入損傷區(qū)，保證了所獲取數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性和可靠性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及微納加工技術(shù)和生物電信號(hào)檢測(cè)領(lǐng)域，具體涉及到一種多維度提取神經(jīng)元信號(hào)的柔性神經(jīng)電極植入系統(tǒng)。

背景技術(shù)

神經(jīng)電極是一種提取腦活動(dòng)信息的工具，電極通過(guò)獲取和調(diào)控神經(jīng)元的放電活動(dòng)為基礎(chǔ)神經(jīng)科學(xué)研究、腦機(jī)接口以及臨床神經(jīng)及精神類疾病診療發(fā)揮重要的作用。傳統(tǒng)的神經(jīng)微電極由金屬和硅等硬質(zhì)材料加工而成，這種神經(jīng)電極堅(jiān)硬的質(zhì)地造成神經(jīng)電極與神經(jīng)組織之間機(jī)械性質(zhì)不匹配，引起神經(jīng)組織損傷及持續(xù)的免疫炎癥反應(yīng)，星型膠質(zhì)細(xì)胞和小膠質(zhì)細(xì)胞的增加使得電極-神經(jīng)界面不穩(wěn)定，難以實(shí)現(xiàn)神經(jīng)電信號(hào)的長(zhǎng)期穩(wěn)定記錄。廣泛研究證明減小神經(jīng)探針尺寸以及減小電極材料的硬度能夠有效改善電極-腦組織界面，在工藝條件一定的情況下，神經(jīng)電極柔性化減小了電極對(duì)生物組織的損傷并確保微電極在活體內(nèi)的穩(wěn)定工作，于是使用楊氏模量較低的柔性材料制作植入式微電極成為神經(jīng)電極的研究趨勢(shì)之一。

柔性電極可以使電極以任意程度的彎曲，電極植入腦組織后可以隨著被植入體自由移動(dòng)，減小了運(yùn)動(dòng)偽跡，保證了信號(hào)質(zhì)量。同時(shí)，由于柔性電極易形變，導(dǎo)致植入難度增加。使用鎢鉬合金等剛性材料作為植入工具，輔助柔性電極植入體內(nèi)成為柔性電極典型的植入方案。如Charles Lieber團(tuán)隊(duì)通過(guò)立體注射的方式將柔性電極植入進(jìn)顱內(nèi)；Elon Musk團(tuán)隊(duì)的機(jī)器人植入系統(tǒng)采用直徑24μm的鎢錸線對(duì)上千通道柔性電極進(jìn)行在體植入。

盡管這些植入方式取得了一定的效果，但通過(guò)這些方式植入的柔性電極只能提取到一種空間維度的腦活動(dòng)信息，更豐富的腦空間數(shù)據(jù)需要更多次的電極植入，意味著更大范圍的開(kāi)顱損失。神經(jīng)電極植入腦組織過(guò)程復(fù)雜，多次植入會(huì)增加手術(shù)的難度和風(fēng)險(xiǎn)。

因此，亟需一種可以使柔性電極分布在腦組織的不同位置來(lái)實(shí)現(xiàn)多維度的腦電信號(hào)記錄。

發(fā)明內(nèi)容

有鑒于此，本發(fā)明的主要目的在于提供一種多維度提取神經(jīng)元信號(hào)的柔性神經(jīng)電極植入系統(tǒng)，以期部分地解決上述技術(shù)問(wèn)題中的至少之一。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，作為本發(fā)明的一方面，提供了一種柔性神經(jīng)電極植入系統(tǒng)，包括

柔性電極，包括上下絕緣層、中間導(dǎo)電層和記錄點(diǎn)修飾層，用于提取神經(jīng)元的放電活動(dòng)；

植入儀器，包括植入主體和可壓縮側(cè)翼，用于將柔性電極送入目標(biāo)腦區(qū)。

其中，所述上下絕緣層為絕緣柔性的生物材料，所述生物材料包括聚對(duì)二甲苯(Parylene C)。

其中，所述植入儀器能加工成微米級(jí)器件的剛性材料，采用圓柱體狀的鎢鉬合金作為植入儀器材料，直徑為120μm。

其中，所述植入儀器的植入主體為長(zhǎng)方體，所述長(zhǎng)方體的截面為60*60μm的正方形，長(zhǎng)度決定于植入儀器長(zhǎng)度。

其中，所述植入儀器設(shè)置有4個(gè)可壓縮側(cè)翼，所述可壓縮側(cè)翼為長(zhǎng)方體，所述長(zhǎng)方體的長(zhǎng)為60μm，寬為20μm，高度決定于植入深度。

其中，所述植入儀器通過(guò)激光刻蝕形成植入主體和可壓縮側(cè)翼。

其中，在所述激光刻蝕加工前對(duì)鎢鉬合金材料打磨拋光后形成錐形植入前端，鋒利的尖端便于器件植入腦組織。