CN105147280A - 具有空心凸起结构的柔性神经微电极阵列及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及生物医学设备领域，尤其涉及一种具有空心凸起结构的柔性神经微电极阵列。所述具有空心凸起结构的柔性神经微电极阵列包括柔性基底、绝缘层、微电极单元、导线和引线焊点，微电极单元、导线和引线焊点设置在柔性基底上，微电极单元与引线焊点之间通过导线连接，绝缘层覆盖在柔性基底上，微电极单元透过外露于绝缘层外露，柔性基底上设有多个透过外露于绝缘层的空心状凸起，微电极单元设置在柔性基底的空心状凸起上，能够有效降低接触阻抗和微电极的机械强度。本发明还提供上述神经微电极阵列的制备方法，采用在模板上旋涂柔性基底，之后铺设微电极单元、导线以及引线焊点，之后铺设绝缘层并使微电极单元外露于绝缘层，制作过程简单快捷，且成本低廉。

Description

具有空心凸起结构的柔性神经微电极阵列及其制备方法

技术领域

本发明涉及生物医学设备领域，尤其涉及一种具有空心凸起结构的柔性神经微电极阵列及其制备方法。

背景技术

在进行医学诊断或者相应研究时，需要对人体或者被研究动物的体内电势进行测量和记录，另外经皮电刺激是临床经常使用的一种辅助疾病治疗的手段。各种医用测量仪器在进行生物电检测时以及对病体施加电刺激辅助治疗时都需要通过适当的电极与机体接触实现电信号的传递，在针对人体神经***进行生物电检测时，需要用到柔性神经微电极阵列，近年来，由于基于柔性衬底的电极阵列具有很好的生物兼容性和对组织较小的损害，被广泛研究和应用于神经修复植入式器件。但基于此类柔性衬底一般是平面电极阵列，目前存在的微米尺度的柔性微电极，在没有进行表面修饰的情况下，存在两个问题：1、绝缘层的存在，导致金属电极部分处于凹陷的状态，电极随着尺寸的减小，很难与待测位置形成良好的接触；2、随着电极尺寸的减小，电极的表面阻抗增加，神经电生理信号通常情况下比较微弱，电极表面阻抗的增加会影响信号的测量。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种能够降低接触阻抗的具有空心凸起结构的柔性神经微电极阵列及其制备方法，能够有效提高柔性神经微电极与待测部位的接触面积，降低柔性神经微电极与待测部位的接触阻抗。

进一步的，本发明还能够降低微电极位点的机械强度，保证了在与待测部位良好接触的同时，不会对待测部位造成任何损伤。

为实现上述目的，本发明提供了一种具有空心凸起结构的柔性神经微电极阵列，包括柔性基底、绝缘层、微电极单元、导线和引线焊点，所述的微电极单元、导线和引线焊点设置在所述的柔性基底上，所述的微电极单元与所述的引线焊点之间通过所述的导线连接，所述的绝缘层覆盖在所述的柔性基底上，所述的微电极单元外露于所述的绝缘层，所述的柔性基底上设有多个外露于所述绝缘层的空心状凸起，所述的微电极单元设置在所述柔性基底的空心状凸起上。

优选地，所述的绝缘层在所述的引线焊点的位置设有开口，所述的引线焊点通过所述绝缘层的开口外露。

优选地，在所述的绝缘层的空心状凸起上设有粘附层，所述的微电极单元设置在所述的粘附层上。

优选地，所述的粘附层的材质包括钛、铬，或包含这两种元素中的一种或两种的合金，所述的微电极单元的材质为金。

优选地，所述的柔性基底的材质包括聚二甲基硅氧烷，所述的绝缘层的材质包括可光刻的聚二甲基硅氧烷。

此外，本发明还提供一种具有空心凸起结构的柔性神经微电极阵列的制备方法，包括以下步骤：

S100、在微电极制作模板的表面上旋涂一层柔性基底，形成带有凸起的柔性基底层；所述的微电极制作模板为表面设有多个凸起的板状；

S200、在柔性基底层的凸起部位沉积微电极单元，在柔性基底层上铺设导线和引线焊点，通过导线连接微电极单元和引线焊点；

S300、在经步骤S200处理后的柔性基底层上铺设绝缘层，并将所述绝缘层在所述微电极单元、所述引线焊点的位置开口，使所述微电极单元、所述引线焊点透过所述绝缘层外露；

S400、将微电极制作模板与柔性基底层分离，即得所述的具有空心凸起结构的柔性神经微电极阵列。

优选地，在步骤S200中，首先使用形状与微电极制作模板相同的金属模板，在所述金属模板上与所述微电极制作模板上的微电极单元、导线以及引线焊点的预设位置相对应的位置设置开口，并将所述金属模板覆盖在柔性基底层上，之后通过所述金属模板上的开口，在柔性基底层的凸起部位沉积微电极单元，在柔性基底层上铺设导线和引线焊点，并通过导线连接微电极单元和引线焊点，之后在柔性基底层的凸起部位沉积微电极单元，然后将所述的金属模板从所述微电极制作模板上的所述柔性基底层上分离。

优选地，在步骤S200中，在柔性基底层的凸起部位沉积微电极单元之前，首先在柔性基底层的凸起部位沉积粘附层，之后在所述粘附层上沉积微电极单元。

优选地，所述的粘附层的材质包括钛、铬，或包含这两种元素中的一种或两种的合金。

优选地，所述的微电极单元的材质为金，所述的柔性基底可选用的材质包括聚二甲基硅氧烷，所述的绝缘层可选用的材质包括可光刻的聚二甲基硅氧烷。

本发明中提供一种具有空心凸起结构的柔性神经微电极阵列，其包括柔性基底、绝缘层、微电极单元、导线和引线焊点，微电极单元、导线和引线焊点均设置在柔性基底上，微电极单元和引线焊点之间通过导线连接，绝缘层覆盖在柔性基底上，微电极单元外露于绝缘层，本发明中的柔性基底上设有多个外露于绝缘层的空心状凸起，微电极单元设置在柔性基底的空心状凸起上，与传统的柔性神经微电极阵列相比，本发明中柔性基底上的空心凸起上设置微电极单元，相比于在平面式的柔性基底微电极，凸起上的微电极增加了电刺激位点的表面积，能够有效降低接触阻抗，并且由于本发明中的柔性基底上的凸起是空心的，因此其能够降低微电极位点的整体强度，使其在使用时不易对被测位置造成损伤；

本发明还提供具有空心凸起结构的柔性神经微电极阵列的制备方法，使用带有多个凸起的板状微电极制作模板，在微电极制作模板上旋涂一层柔性基底层，之后在柔性基底层上铺设导线和引线焊点，在柔性基底层的凸起部位沉积微电极单元，并在柔性基底层上铺设绝缘层，并使柔性基底层的凸起部位及凸起部位上的微电极单元外露于绝缘层即可，制作过程简单快捷，且成本低廉。

附图说明

图1为本发明中的具有空心凸起结构的柔性神经微电极阵列的立体结构示意图；

图2为本发明中的具有空心凸起结构的柔性神经微电极阵列的侧面结构剖视图；

图3为本发明中的具有空心凸起结构的柔性神经微电极阵列的制备方法中使用的微电极制作模板的侧面结构示意图；

图4为本发明中的具有空心凸起结构的柔性神经微电极阵列的制备方法的第一种实施例的制备方法流程示意图；

图5为本发明中的具有空心凸起结构的柔性神经微电极阵列的制备方法的第二种实施例的制备方法流程示意图。

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明提供一种具有空心凸起结构的柔性神经微电极阵列(以下可简称微电极阵列)，参照图1和图2，图1为本发明中的具有空心凸起结构的柔性神经微电极阵列的立体结构示意图，图2为本发明中的具有空心凸起结构的柔性神经微电极阵列的侧面结构剖视图，具有空心凸起结构的柔性神经微电极阵列包括柔性基底1、绝缘层2、微电极单元3、导线4和引线焊点5，所述的微电极单元3、导线4和引线焊点5设置在所述的柔性基底1上，所述的微电极单元3与所述的引线焊点5之间通过所述的导线4连接，所述的绝缘层2覆盖在所述的柔性基底1上，所述的微电极单元3外露于所述的绝缘层2，所述的柔性基底1上设有多个外露于所述绝缘层2的空心状凸起7，所述的微电极单元3设置在所述柔性基底的空心状凸起7上。

本发明中，具有空心凸起结构的柔性神经微电极阵列采用具有空心状凸起结构的柔性基底1，将微电极单元3沉积在柔性基底1上的空心状凸起上，导线4和引线焊点5的设置方式与传统微电极阵列相似，可按不同种类的微电极阵列相应的设置，通过导线4将微电极单元3和引线焊点5之间连接，将绝缘层2覆盖在柔性基底1上，并使微电极单元3外露于绝缘层2，在使用时，当将微电极阵列贴在待测部位时，与传统的微电极单元3相比，本发明中的微电极单元3能够与待测部位形成更大的接触面积，即在柔性基底1的凸起状结构上的微电极单元3能够增加电极刺激位点的表面积，降低接触阻抗，并且，柔性基底1上的空心状凸起结构还可以降低微电极单元3电极位点的强度，不会对被测位置带来任何损伤。

在其中一个优选的实施例中，绝缘层2在所述的引线焊点5的位置设有开口，所述的引线焊点5通过绝缘层2的开口外露。绝缘层2还可以使用多个单独的片状结构的绝缘层，此时，在制作好柔性基底1，并在柔性基底1上铺设微电极单位3、导线以及引线焊点5后，只需将多个单独的片状结构的绝缘层2覆盖在柔性基底1上将导线4覆盖，使微电极单元3和引线焊点5外露即可。

在其中一个优选的实施例中，在所述的绝缘层2的空心状凸起7上设置有粘附层6，微电极单元3设置在粘附层6上，微电极单元3与粘附层6更容易结合，提高微电极单元3的稳定性，使得微电极单元3更加牢固。

在其中一个优选的实施例中，所述的粘附层6的材质包括钛、铬，或包含这两种元素中的一种或两种的合金，所述的微电极单元3的材质为金。

在其中一个优选的实施例中，所述的柔性基底1的材质包括聚二甲基硅氧烷，所述的绝缘层的材质包括可光刻的聚二甲基硅氧烷。

但要说明的是，本发明中的所有部件的制作材质并不局限于上述所给出的材料，任何本领域内技术人员能够想到的常用的可替代的材料属于上述所列举材料的等同替换。

本发明中，柔性基底1上的凸起的形状并不局限于附图中给出的空心的半球形，其还可以是空心的圆锥形，空心的金字塔、四棱锥、多棱锥等形状，其效果与本发明中的空心的半球形凸起类似，属于对于本发明的同等替换，在此不再一一列举。

本发明还提供一种具有空心凸起结构的柔性神经微电极阵列的制备方法，其第一种实施例的制备方法流程示意图如图4所示，使用微电极制作模板8，其侧面结构示意图如图3所示，整体为板状，在其表面上设有多个凸起801，具有空心凸起结构的柔性神经微电极阵列的制备方法采用以下步骤制作：

S100、在微电极制作模板的表面上旋涂一层柔性基底，形成带有凸起的柔性基底层；所述的微电极制作模板为表面设有多个凸起的板状；

S200、在柔性基底层的凸起部位沉积微电极单元，在柔性基底层上铺设导线和引线焊点，通过导线连接微电极单元和引线焊点；

S300、在经步骤S200处理后的柔性基底层上铺设绝缘层，并将所述绝缘层在所述微电极单元、所述引线焊点的位置开口，使所述微电极单元、所述引线焊点透过所述绝缘层外露；

S400、将微电极制作模板与柔性基底层分离，即得所述的具有空心凸起结构的柔性神经微电极阵列。

上述工艺流程中，首先使用图3中所示的微电极制作模板，在微电极制作模板上旋涂柔性基底，因微电极制作模板上有多个凸起，该多个凸起与将要制备的具有空心凸起结构的柔性神经微电极阵列的空心凸起形状匹配，故在旋涂柔性基底后，柔性基底便形成了多个空心凸起结构，之后在空心凸起结构上沉积微电极单元，并在柔性基底上铺设导线和引线焊点，通过导线将微电极单元和引线焊点连接起来，之后在柔性基底上铺设绝缘层，将所述绝缘层在所述微电极单元、所述引线焊点的位置开口，使所述微电极单元、所述引线焊点透过所述绝缘层外露，待柔性基底和绝缘层均凝固成型后，将微电极制作模板与柔性基底层分离，即得所述的具有空心凸起结构的柔性神经微电极阵列，本发明中的一种具有空心凸起结构的柔性神经微电极阵列的制备方法简单快捷、容易制作，而且制作成本低廉，生产效率高。

本发明中的一种具有空心凸起结构的柔性神经微电极阵列的制备方法，其第二种实施例的生产工艺流程图如图5所示，使用微电极制作模板8，其侧面结构示意图如图3所示，整体为板状，在其表面上设有多个凸起801，采用以下步骤制作：

S100、在微电极制作模板的表面上旋涂一层聚二甲基硅氧烷作为柔性基底，形成带有凸起的柔性基底层；

S200’、使用形状与微电极制作模板相同的金属模板，在所述金属模板上与所述微电极制作模板上的微电极单元、导线以及引线焊点的预设位置相对应的位置设置开口，并将所述金属模板覆盖在柔性基底层上，之后通过所述金属模板上的开口，在柔性基底层的凸起部位沉积一层钛或铬作为粘附层，之后在粘附层上沉积一层金作为微电极单元，在柔性基底层上铺设导线和引线焊点，通过导线连接微电极单元和引线焊点，然后将所述的金属模板从所述微电极制作模板上的所述柔性基底层上分离；

S300、在经步骤S200’处理后的柔性基底层上铺设绝缘层，并将所述绝缘层在所述微电极单元、所述引线焊点的位置开口，使所述微电极单元、所述引线焊点透过所述绝缘层外露；

S400、将微电极制作模板与柔性基底层分离，即得所述的具有空心凸起结构的柔性神经微电极阵列。

该实施例中，在微电极制作模板上旋涂一层聚二甲基硅氧烷作为柔性基底后，使用形状与微电极制作模板相同的金属模板，并将金属模板上与所述微电极制作模板上的微电极单元、导线以及引线焊点的预设位置相对应的位置设置开口，将金属模板覆盖在柔性基底层上，之后通过所述金属模板上的开口，在柔性基底层的凸起部位沉积一层钛或铬作为粘附层，之后在粘附层上沉积一层金作为微电极单元，在柔性基底层上铺设导线和引线焊点，通过导线连接微电极单元和引线焊点，然后将所述的金属模板从所述微电极制作模板上的所述柔性基底层上分离，使用金属模板，根据柔性基底上微电极单元、导线以及引线焊点的预设位置，在金属模板上相应的开设多个开口，然后将金属模板铺设在柔性基底上，之后通过金属模板上的开口在柔性基底上设置微电极单元、导线以及引线焊点，通过导线将微电极单元和引线焊点之间连接后将金属模板去除，能够更加方便微电极阵列的制作。

作为本发明优选的实施例，本发明中的粘附层的可选材质包括钛、铬，或包含这两种元素中的一种或两种的合金，可采用磁控溅射法将钛或铬或包含这两种元素中的一种或两种的合金沉积在柔性基底的凸起部位，所述的微电极单元的材质为金，所述的柔性基底可选用的材质包括但不局限于聚二甲基硅氧烷，所述的绝缘层可选用的材质包括但并不局限于可光刻的聚二甲基硅氧烷。

以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.具有空心凸起结构的柔性神经微电极阵列，包括柔性基底、绝缘层、微电极单元、导线和引线焊点，所述的微电极单元、导线和引线焊点设置在所述的柔性基底上，所述的微电极单元与所述的引线焊点之间通过所述的导线连接，所述的绝缘层覆盖在所述的柔性基底上，所述的微电极单元外露于所述的绝缘层，其特征在于，所述的柔性基底上设有多个外露于所述绝缘层的空心状凸起，所述的微电极单元设置在所述柔性基底的空心状凸起上。

2.如权利要求1所述的具有空心凸起结构的柔性神经微电极阵列，其特征在于，所述的绝缘层在所述的引线焊点的位置设有开口，所述的引线焊点通过所述绝缘层的开口外露。

3.如权利要求1或2所述的具有空心凸起结构的柔性神经微电极阵列，其特征在于，在所述的绝缘层的空心状凸起上设有粘附层，所述的微电极单元设置在所述的粘附层上。

4.如权利要求3所述的具有空心凸起结构的柔性神经微电极阵列，其特征在于，所述的粘附层的材质包括钛、铬，或包含这两种元素中的一种或两种的合金，所述的微电极单元的材质为金。

5.如权利要求1所述的具有空心凸起结构的柔性神经微电极阵列，其特征在于，所述的柔性基底的材质包括聚二甲基硅氧烷，所述的绝缘层的材质包括可光刻的聚二甲基硅氧烷。

6.如权利要求1-5任一项所述的具有空心凸起结构的柔性神经微电极阵列的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

S100、在微电极制作模板的表面上旋涂一层柔性基底，形成带有凸起的柔性基底层；所述的微电极制作模板为表面设有多个凸起的板状；

S200、在柔性基底层的凸起部位沉积微电极单元，在柔性基底层上铺设导线和引线焊点，通过导线连接微电极单元和引线焊点；

S300、在经步骤S200处理后的柔性基底层上铺设绝缘层，并将所述绝缘层在所述微电极单元、所述引线焊点的位置开口，使所述微电极单元、所述引线焊点透过所述绝缘层外露；

S400、将微电极制作模板与柔性基底层分离，即得所述的具有空心凸起结构的柔性神经微电极阵列。

7.如权利要求6所述的具有空心凸起结构的柔性神经微电极阵列的制备方法，其特征在于，在步骤S200中，首先使用形状与微电极制作模板相同的金属模板，在所述金属模板上与所述微电极制作模板上的微电极单元、导线以及引线焊点的预设位置相对应的位置设置开口，并将所述金属模板覆盖在柔性基底层上，之后通过所述金属模板上的开口，在柔性基底层的凸起部位沉积微电极单元，在柔性基底层上铺设导线和引线焊点，并通过导线连接微电极单元和引线焊点，之后在柔性基底层的凸起部位沉积微电极单元，然后将所述的金属模板从所述微电极制作模板上的所述柔性基底层上分离。

8.如权利要求6或7中所述的具有空心凸起结构的柔性神经微电极阵列的制备方法，其特征在于，在步骤S200中，在柔性基底层的凸起部位沉积微电极单元之前，首先在柔性基底层的凸起部位沉积粘附层，之后在所述粘附层上沉积微电极单元。

9.如权利要求8所述的具有空心凸起结构的柔性神经微电极阵列的制备方法，其特征在于，所述的粘附层的材质包括钛、铬，或包含这两种元素中的一种或两种的合金。

10.如权利要求6或7中所述的具有空心凸起结构的柔性神经微电极阵列的制备方法，其特征在于，所述的微电极单元的材质为金，所述的柔性基底可选用的材质包括聚二甲基硅氧烷，所述的绝缘层可选用的材质包括可光刻的聚二甲基硅氧烷。