CN116763318A - 一种凝胶层及设有该凝胶层的植入式柔性脑机接口电极 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种凝胶层及设有该凝胶层的植入式柔性脑机接口电极，本发明通过光引发聚合的方式，将单体与交联剂进行共价结合，工艺过程简化，提高了界面的粘结力与力学强度，使得最终制得的脑机接口电极的杨氏模量与脑组织接近，更有利于电极的长期植入，实践证明，本发明所制备的水凝胶柔性电极能够很好地满足生物相容性、柔韧性、化学惰性、低杨氏模量的特性要求，因此本发明的电极能够实现准确对电信号进行监测，使得能够准确评估大脑皮层的功能，最终大大提升了用户体验。

Description

一种凝胶层及设有该凝胶层的植入式柔性脑机接口电极

技术领域

本发明涉及脑机接口技术领域，特别是涉及一种凝胶层及设有该凝胶层的植入式柔性脑机接口电极。

背景技术

神经生理监测已广泛应用于癫痫和慢性疼痛等神经***疾病的诊断和治疗。特别是，在癫痫或脑肿瘤的神经外科手术前和手术过程中，通过监测或绘制脑功能来识别病理病变是非常重要的。脑皮质电图(ECoG)或颅内脑电图(iEEG)是一种通过硬膜下电极进行的神经生理监测，这些电极放置在皮层表面，因此在空间分辨率和信号质量方面优于头皮脑电图(EEG)。高信噪比和低伪影在脑功能监测或绘图中尤为重要。因此，硬膜下电极比头皮电极更容易在手术过程中进行电信号监测，从而帮助医生最大限度地切除病理病变和保存脑功能。然而传统ECoG电极是由铂、硅橡胶或聚对二甲苯片等金属制成，这类电极一方面金属电极会产生损伤脑组织的射频电流，而另一方面也会因大脑皮层与传统ECoG电极之间的松散接触而导致信号采集不准，因此如何获得满足生物相容性、柔韧性、化学惰性、低杨氏模量特性的电极，以实现对脑组织信号的准确采集成为了现在亟待需要解决的问题。

发明内容

本发明提供了一种凝胶层及设有该凝胶层的植入式柔性脑机接口电极，以解决现有脑机接口电极不能精确采集信号的问题。

第一方面，本发明提供了一种设置在植入式柔性脑机接口电极上的凝胶层，所述凝胶层是由液相预聚物通过紫外光固化成型，所述预聚物包括单体、交联剂、光引发剂、溶剂、表面活性剂、保湿剂和促粘剂，所述固化成型所使用的紫外光的波长范围为200-400nm，所述固化成型使用的功率为50-200mw/cm²，所述固化成型时间为60-120s，所述凝胶层厚度为10-1000um；

其中，所述溶剂包括水、乙醇、丙酮、乙二醇、***、环氧丙烷、丙酮、甲基丁酮、甲基异丁酮、乙二醇单甲醚、乙二醇单***和乙二醇单丁醚中的一种或多种；

所述单体为甲基丙烯酸羟乙酯，且所述单体比例为20-80%；

所述交联剂为二甲基丙烯酸乙二醇酯，且所述交联剂加入比例为1-5%；

所述光引发剂为自由基光引发剂，且所述自由基光引发剂为2-羟基-2-甲基-1-苯基丙酮、1-羟基环己基苯基甲酮、2-甲基-2-(4-吗啉基)-1-[4-(甲硫基)苯基]-1-丙酮、2,4,6-三甲基苯甲酰基-二苯基氧化膦、2-二甲氨基-2-苄基-1-[4-(4-吗啉基)苯基]-1-丁酮、2-羟基-2-甲基-1-[4-(2-羟基乙氧基)苯基]-1-丙酮中的一种或多种，且所述光引发剂的加入比例为0.1-1%；

所述表面活性剂为两性离子表面活性剂，包括羧酸基甜菜碱、磺基甜菜碱、磷酸脂甜菜碱中的一种或多种，且所述表面活性剂的加入比例为0.1-2%；

所述保湿剂为丙三醇、丁二醇、丙二醇中的一种或多种，且所述保湿剂的加入比例为20-40%；

所述促粘剂为聚乙烯吡咯烷酮、甲基纤维素、羧甲基纤维素、海藻糖和透明质酸钠中的一种或多种，且所述促粘剂的加入比例为5-20%。

可选地，所述单体的加入比例为30-50%。

可选地，所述交联剂的加入比例为2-3%。

可选地，所述凝胶层是通过紫外光引发聚合的方式将所述单体与所述交联剂进行共价结合。

可选地，所述凝胶层厚度为50-200um。

第二方面，本发明提供了一种植入式柔性脑机接口电极，所述电极包括树脂层、金属层和上述中任一种所述的凝胶层，其中，所述金属层按需设置在所述树脂层上，并在设置所述金属层一侧的树脂层上，通过紫外光固化成型所述凝胶层，并通过所述凝胶层与脑组织相接触，以使得接口电极与脑组织之间具有相似的杨氏模量，进而保证接口电极与脑组织之间生物相容性；

所述树脂层为苯并环丁烯BCB、派瑞林、聚苯二甲基硅氧烷PDMS、聚酰亚胺PI、聚降冰片烯PNB、SU-8和液晶聚合物LCP中的一种或多种，所述树脂层厚度为1-1000um；

所述金属层材料为金、银、铜、铂、铝、钨、镍、铁、铂铱合金、铝锰合金、铝镁合金、铜锌合金和铅锡合金中的一种或多种，所述金属层的厚度为10-100nm。

本发明有益效果如下：

本发明提供了一种甲基丙烯酸羟乙酯类水凝胶微电极，通过光引发聚合的方式，将单体与交联剂进行共价结合，工艺过程简化，提高了界面的粘结力与力学强度，使得最终制得的脑机接口电极的杨氏模量与脑组织接近，更有利于电极的长期植入，实践证明，本发明所制备的水凝胶柔性电极能够很好地满足生物相容性、柔韧性、化学惰性、低杨氏模量的特性要求，因此本发明的电极能够实现准确对电信号进行监测，使得能够准确评估大脑皮层的功能，最终大大提升了用户体验。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本发明的具体实施方式。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：

图1是本发明实施例提供的一种植入式柔性脑机接口电极的结构示意图；

图2是本发明实施例提供的另一种植入式柔性脑机接口电极的结构示意图；

图3是本发明实施例提供的再一种植入式柔性脑机接口电极的结构示意图；

图4是本发明实施例提供的又再一种植入式柔性脑机接口电极的结构示意图；

图5是本发明实施例提供的凝胶电极阻抗测试示意图；

图6是本发明实施例提供的植入式柔性脑机接口电极的凝胶片与现有脑机接口电极在不同曲率的表面下的贴合率对比图；

图7a是本发明实施例提供的植入式柔性脑机接口电极的凝胶片在24小时下细胞存活率测试图；

图7b是本发明实施例提供的植入式柔性脑机接口电极的凝胶片在72小时下细胞存活率测试图；

图8是本发明实施例提供的植入式柔性脑机接口电极的SEM图像。

具体实施方式

对现有金属电极与柔软的脑组织之间较难稳定贴合，导致脑机接口器件的信号漂移，影响脑电信号的精确采集的问题，本发明提供了一种甲基丙烯酸羟乙酯类水凝胶微电极，通过光引发聚合的方式，将单体与交联剂进行共价结合，工艺过程简化，提高了界面的粘结力与力学强度，使得最终制得的脑机接口电极的杨氏模量与脑组织接近，更有利于电极的长期植入，实践证明，本发明所制备的水凝胶柔性电极能够很好地满足生物相容性、柔韧性、化学惰性、低杨氏模量的特性要求，因此本发明的电极能够实现准确对电信号进行监测，使得能够准确评估大脑皮层的功能，最终大大提升了用户体验。以下结合附图以及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不限定本发明。

神经电极主要用于癫痫、脊髓损伤、帕金森病等神经***疾病的机理研究及病症治疗等领域。根据电极位置的不同，电极分为非侵入性电极和植入式电极。非植入性电极大多采用放置在头皮上的圆形电极进行监测，无需通过手术干预来测量来自大脑的电信号。然而，非侵入性电极电信号的空间分辨率较差，难以确定信号产生的具体部位，同时信噪比也较低，很难分辨信号与背景噪声的区别。而植入式电极则是通过手术植入到患者脑部，置于大脑皮层表面，直接记录或调节神经信号。虽然植入电极需要手术将电极植入人体，但这类电极作为评估大脑皮层的功能、癫痫和抑郁症的症状缓解、帕金森治疗等领域已经获得了临床许可，并在神经监测、治疗领域有多年的应用。

皮质电图(cortical electroencephalogram，ECoG)用于记录脑部电信号，是一种典型的神经电信号的检测技术，一般需通过开颅手术将平面微电极(MetrologyEngineering Applications Solutions，MEAs)植入脑部特定位置的硬膜外或硬膜下。这种平面微电极也被用作癫痫、神经性障碍、运动障碍等患者提供治疗性皮质刺激。对用于制造这类器件的材料有几个要求:(1)良好的生物相容性；(2)高抗湿性，防止电极腐蚀；(3)高柔韧性，可紧密粘附脑曲面；(4)与脑组织相似的杨氏模量，可减少炎症反应。所采用的高分子材料如聚苯二甲基硅氧烷(PDMS)、聚酰亚胺(PI)、亲水性水凝胶等。但是现有的ECoG电极是由铂、硅橡胶或聚对二甲苯片等金属制成，这会造成ECoG电极之间的松散接触会导致不准确的信号和潜在的误诊。且金属电极与柔软的脑组织之间较难稳定贴合，导致脑机接口器件的信号漂移，从而影响脑电信号的精确采集。

基于上述问题，本发明实施例提供了植入式柔性脑机接口电极，本发明实施例的植入式柔性脑机接口电极是在接口电极上设置一层凝胶层，具体本发明实施例是将凝胶层固化在接口电极的背离树脂层一侧的表面，具体可以根据接口电极的不同表面来进行设置，例如将本发明实施例所述的凝胶层固化在图1、图2、图3和图4所示的接口电极之外，该凝胶层是与暴露在外的树脂层和金属层相连接，当然，在接口电极包括有粘附层时候，凝胶层也会与粘附层相粘连，总之本发明实施例是通过设置一层凝胶层覆盖在接口电极的表面，使得接口电极一侧表面为树脂层，另一侧的表面为凝胶层，也即，本发明实施例中凝胶层是覆盖在电极表面的，与组织直接接触，然后凝胶层覆盖的电极可以有各种不同的结构形式，最终通过本发明实施例凝胶层来保证电极与脑组织之间良好的生物相容性，同时使得电极具有高抗湿性、高柔韧性，并使得电极与脑组织具有相似的杨氏模量，以减少炎症反应等等。

具体来说，本发明实施例首先提供了一种设置在植入式柔性脑机接口电极上的凝胶层，所述凝胶层包括：

所述凝胶层是由液相预聚物通过紫外光引发固化成型，所述预聚物包括单体、交联剂、光引发剂、溶剂、表面活性剂、保湿剂和促粘剂，所述固化成型所使用的紫外光的波长范围为200-400nm，固化成型使用的功率为50-200mw/cm²，固化成型时间为60-120s，所述凝胶层厚度为10-1000um；

其中，所述单体包括但不限于甲基丙烯酸酯类单体，所述单体比例为10-90%；所述交联剂包括缩水甘油醚类、有机硅类、丙烯酸酯类、异氰酸酯类、苯磺酸类化合物中的一种或多种，所述交联剂加入比例为0.1%-10%；所述光引发剂包括自由基光引发剂或阳离子聚合物光引发剂，所述光引发剂加入比例为0.01-10%；所述溶剂包括水、乙醇、丙酮、乙二醇、***、环氧丙烷、丙酮、甲基丁酮、甲基异丁酮、乙二醇单甲醚、乙二醇单***、乙二醇单丁醚中的一种或多种，所述溶剂加入比例为10-90%；所述表面活性剂包括阴离子表面活性剂、阳离子表面活性剂、两性离子表面活性剂或非离子表面活性剂中的一种，所述表面活性剂加入比例为0.1-10%；所述保湿剂包括多元醇类、糖类，例如丙三醇、丁二醇、聚乙二醇、丙二醇、已二醇、木糖醇、聚丙二醇、山梨糖醇中的一种或多种，所述保湿剂加入比例为10-90%；所述促粘剂包括甲基葡糖、甲壳质衍生物、海藻糖、银耳多糖、透明质酸钠、聚乙烯吡咯烷酮、甲基纤维素、羧甲基纤维素、羟乙基纤维素中的一种或多种，所述促粘剂加入比例为1-50%。

具体实施时，本发明实施例是将制得的凝胶层涂覆在电极上，实验表明，本发明实施例的凝胶层，材质柔软，杨氏模量接近脑组织，可较好的贴附于脑组织表面，同时涂覆又凝胶层具有良好的透过率，从而使得电极具有较低的阻抗用于电信号监测，提高了信噪比，另外，本发明实施例的凝胶层具有良好的生物相容性，所以本发明所制备的电极可进行长期体内植入。

实践证明，本发明实施例制备了一种脑部植入式贴片电极，放置在大脑皮层表面或大脑内部，以记录或调节神经信号，使得皮质电图网格(ECoG)能够有效用于神经外科手术中评估和治疗神经和创伤性疾病。

进一步地，本发明实施例电极包括依次连接的树脂层、金属层和凝胶层；

其中，本发明实施例中所述树脂层为苯并环丁烯BCB、派瑞林、聚苯二甲基硅氧烷PDMS、聚酰亚胺PI、聚降冰片烯PNB、SU-8和液晶聚合物LCP中的一种或多种，所述树脂层厚度为1-1000um；

本发明实施例的树脂层作为金属层沉积的基材，其能够克服传统电极的刚性特征，使得电极在一定机械外力作用下具备变形能力，且在使用过程中经受多次变形后仍能基本保持原型以及原有的电化学性能，另外，本发明实施例的还树脂层具有方便易得、化学性质稳定、透明和热稳定性好等优点；

本发明实施例中的金属层材料为金、银、铜、铂、铝、钨、镍、铁、铂铱合金、铝锰合金、铝镁合金、铜锌合金和铅锡合金中的一种或多种，所述金属层的厚度为10-100nm；

本发明实施例中的金属层是作为信号传输层，其具有电信号传输的作用，脑部电信号可通过金属层传递到检测端，金属材料一般为金银铜等导体材料，主要用于电极和导线。

所述凝胶层是由液相预聚物通过紫外光引发固化成型，所述预聚物包括单体、交联剂、光引发剂、溶剂、表面活性剂、保湿剂和促粘剂，所述固化成型所使用的紫外光的波长范围为200-400nm，控制固化成型使用的功率为50-200mw/cm²，固化成型时间为60-120s，所述凝胶层厚度为10-1000um。

具体来说，本发明实施例中电极表面的凝胶层与脑皮层检测区直接接触，如果电极接触材料以及电子器件都是硬的，那么在应用的过程中，电极极易对脑组织、神经造成伤害，为了解决这一问题，本发明实施例设计了凝胶层，该凝胶层作为接触的材料与脑组织具有接近的力学性能，并具有非常良好的生物相容性，最终使得本发明制得的电极能够更适于生物体。

实测证明，相比于现有的电极而言，本发明的凝胶片在不同弯折表面下贴合非常好。所以将凝胶层制作在电极上，可显著解决现有电极贴服差的问题。

图5是本发明实施例提供的凝胶电极阻抗测试示意图，通过图5可知，本发明的凝胶电极的阻抗优于现有电极的阻抗。

图6是本发明的带有凝胶层的电极与现有电极对比在不同曲率的表面下，贴合率，可以看出本发明的电极具有非常高的贴合率。

图7a和图7b是电极在在24小时与72小时下，细胞存活率测试，从对照组中明显可以看出带有凝胶的电极具有很好的相容性。

通过图8可知，本发明所制备的电极具有微米级的孔洞，所以本发明所制备的电极能够利于组织液、脑脊液及氧气的渗透。

综上，本发明实施例所制备的凝胶具有非常低的杨氏模量，与脑组织非常接近，测试杨氏模量为0.16MPa，相比于现有PDMS杨氏模量为1-3MPa，常用派瑞林-C杨氏模量约为70MPa，聚酰亚胺杨氏模量在1-10GPa，均高于脑组织约为0.01MPa的杨氏模量，而本发明实施例做制备的凝胶与生物体则最为接近。相较于现有的电极而言，本发明的电极具有轻便、薄、柔软、可弯曲等特点，具有较高的灵活性、伸展性和弯曲性，能够满足用户的各项使用要求。

下面将结合图1-图4对本发明实施例的凝胶层进行详细的解释和说明：

本发明实施例中的电极包括树脂层、金属层和凝胶层，当然在具体实施时，本领域技术人员也可以根据实际需要来设置粘附层，或者设置多个树脂层等等，本发明实施例中电极的结构可以是图1、图2、图3和图4中的形式，当然也可以是其他任意形式，本发明对此不作具体限定。

本发明实施例所述树脂层材料为苯并环丁烯(BCB)、派瑞林、聚苯二甲基硅氧烷(PDMS)、聚酰亚胺(PI)、聚降冰片烯(PNB)、SU-8和液晶聚合物(LCP)等聚合物中的一种或多种。

进一步地，本发明实施例中树脂层材料可以为派瑞林、聚酰亚胺(PI)中的一种或多种；且所述树脂层厚度为1-1000um；优选地树脂层厚度可以设置为1-100um，具体本领域技术人员可以根据实际需要进行设置，本发明对此不作具体限定。

具体地，本发明实施例所述树脂层的制作工艺可以是旋涂、喷涂、化学气相沉积、浸涂、提拉镀膜中的一种或多种，例如在具体实施时，本发明实施例中，树脂层制作工艺为旋涂、喷涂、浸涂、提拉镀膜中的一种。

本发明实施例所述金属层材料为金、银、铜、铂、铝、钨、镍、铁等中的一种或多种，也可以是铂铱合金、铝锰合金、铝镁合金、铜锌合金、铅锡合金等；

在具体实施时，本发明实施例中，金属层材料为金或铂。进一步地，本发明实施例中，金属层包括提高粘附性的涂层，粘附涂层材料包括铅、铬、钛、铝、硅、二氧化硅、碳化硅、氮化硅中的一种或多种，

需要说明的是，本发明实施例中粘附涂层材料为铬、钛中的一种或多种。

所述金属层厚度为1-1000nm，进一步地，本发明实施例中金属层厚度为50-100nm；所述粘附层厚度为1-1000nm，进一步地，本发明实施例中，粘附层厚度为10-30nm。

所述金属层制作工艺可以是氧化法、液相法、化学气相沉积、电镀、化学镀、真空蒸镀、磁控溅射、分子束外延、脉冲激光沉积等等，例如具体实施时，金属层制作工艺可以为电镀、化学镀、真空蒸镀、磁控溅射、分子束外延或脉冲激光沉积。

所述粘附层制作工艺氧化法、液相法、化学气相沉积、电镀、化学镀、真空蒸镀、磁控溅射、分子束外延、脉冲激光沉积等工艺中的一种或多种，例如具体实施时，粘附层制作工艺可以是化学气相沉积、真空蒸镀、磁控溅射、分子束外延或脉冲激光沉积。

所述凝胶层由预聚物经过固化后形成，预聚物为液相，包括单体、交联剂、光引发剂、溶剂、表面活性剂、保湿剂、促粘剂中的一种或多种；

其中所述单体为包括但不限于甲基丙烯酸酯类单体，包括甲基丙烯酸异丙酯、甲基丙烯酸异丁酯、甲基丙烯酸叔丁酯、甲基丙烯酸异辛酯、甲基丙烯酸羟乙酯、甲基丙烯酸羟丙酯、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸正丙酯、甲基丙烯酸正丁酯、甲基丙烯酸月桂酯、甲基丙烯酸硬脂酸酯中的一种或多种，进一步地，本发明实施例中所述单体为甲基丙烯酸羟乙酯，所述单体比例为10-90%，进一步地，本发明实施例中，所述单体比例为20-80%，更进一步地，本发明实施例中单体比例优选为30-50%。

所述交联剂为缩水甘油醚类、有机硅类、丙烯酸酯类、异氰酸酯类、苯磺酸类化合物，进一步地，本发明实施例中，交联剂为丙烯酸乙酯、丙烯酸丁酯、三乙二醇二甲基丙烯酸酯、二甲基丙烯酸乙二醇酯、二丙烯酸-1,4-丁二醇酯、甲基丙烯酸甲酯中的一种或多种，进一步地，本发明实施例中交联剂为二甲基丙烯酸乙二醇酯，交联剂加入比例为0.1%-10%，进一步地，本发明实施例中，加入比例可以为1-5%，更进一步地，本发明实施例中，加入比例优选为2-3%。

所述光引发剂为自由基光引发剂、阳离子聚合物光引发剂中的一种，进一步地，本发明实施例中，为自由基光引发剂，选择范围为2-羟基-2-甲基-1-苯基丙酮、1-羟基环己基苯基甲酮、2-甲基-2-(4-吗啉基)-1-[4-(甲硫基)苯基]-1-丙酮、2,4,6-三甲基苯甲酰基-二苯基氧化膦、 2-二甲氨基-2-苄基-1-[4-(4-吗啉基)苯基]-1-丁酮、2-羟基-2-甲基-1-[4-(2-羟基乙氧基)苯基]-1-丙酮中的一种或多种，进一步地，本发明实施例中，光引发剂为2-羟基-2-甲基-1-苯基丙酮，光引发剂加入比例为0.01-10%,进一步地，本发明实施例中加入比例优选为0.1%-1%。

所述溶剂为水、乙醇、丙酮、乙二醇、***、环氧丙烷、丙酮、甲基丁酮、甲基异丁酮、乙二醇单甲醚、乙二醇单***、乙二醇单丁醚中的一种或多种，进一步地，本发明实施例中溶剂为水，溶剂加入比例为10-90%，进一步地，本发明实施例中，加入比例优选为30-50%。

所述表面活性剂为阴离子表面活性剂、阳离子表面活性剂、两性离子表面活性剂、非离子表面活性剂中的一种，进一步地，本发明实施例中为两性离子表面活性剂，包括羧酸基甜菜碱、磺基甜菜碱、磷酸脂甜菜碱中的一种或多种。加入比例为0-10%，进一步地，本发明实施例中加入比例优选为0.1-2%。

所述保湿剂为多元醇类、糖类，例如丙三醇、丁二醇、聚乙二醇、丙二醇、已二醇、木糖醇、聚丙二醇、山梨糖醇中的一种或多种，进一步地，本发明实施例中，保湿剂为丙三醇、丁二醇、丙二醇中的一种或多种，加入比例可以为10-90%，进一步地，本发明实施例中加入比例优选为20-40%。

所述促粘剂为甲基葡糖、甲壳质衍生物、海藻糖、银耳多糖、透明质酸钠、聚乙烯吡咯烷酮、甲基纤维素、羧甲基纤维素、羟乙基纤维素中的一种或多种，进一步地，本发明实施例中，促粘剂为聚乙烯吡咯烷酮、甲基纤维素、羧甲基纤维素、海藻糖、透明质酸钠中的一种或多种，加入比例为1-50%，进一步地，本发明实施例中，加入比例优选为5-20%。

所述凝胶成型工艺为紫外光引发固化，光波长范围为10-760nm，进一步地，本发明实施例中波长范围为200-400nm，更进一步地，本发明实施例中范波长范围为365nm。所述光引发固化功率为10-1000mw/cm²，更进一步地，本发明实施例中固化功率为50-200mw/cm²，固化时间为10-1000s，进一步地，本发明实施例中固化时间优选为60-120s。

所述凝胶层厚度为10-1000um，进一步地，本发明实施例中，凝胶层厚度为50-200um。

为了更便于理解，下面将通过几个具体的例子来对本发明的电极的制备进行详细说明：

实例1：在硅衬底上制作10um聚酰亚胺(PI)，固化后在上面旋涂光刻胶，采用光刻机对光刻胶进行曝光，浸泡显影液形成图形，蒸镀10nm Cr和80nm Au，用去胶液浸泡，去除光刻胶，配制水凝胶预聚物配比为：

甲基丙烯酸羟乙酯40%

二甲基丙烯酸乙二醇酯2%

2-羟基-2-甲基-1-苯基丙酮1%

水37%

丙三醇20%

充分混合预聚物，将PET模具贴在器件表面，滴加水凝胶预聚物溶液，将器件转移至紫外光机下，在光波长为365nm，固化功率为50mw/cm²，固化时间为60s，制作后凝胶层厚度为100um。预聚物中加入丙三醇等保湿剂可以增加凝胶的保湿能力，使得器件不必长期浸泡在水中保持湿润。

实例2：在硅衬底上制作10um聚酰亚胺(PI)，固化后通过化学气相沉积技术制作5um派瑞林，之后在上面旋涂光刻胶，采用光刻机对光刻胶进行曝光，浸泡显影液形成图形，蒸镀10nm Cr和60nm Au，用去胶液浸泡，去除光刻胶，配制水凝胶预聚物配比为：

甲基丙烯酸羟乙酯 30%

二丙烯酸-1,4-丁二醇酯 3%

三乙二醇二甲基丙烯酸酯 0.5%

水 36.5%

丙二醇 30%

充分混合预聚物，将PET模具贴在器件表面，滴加水凝胶预聚物溶液，将器件转移至紫外光机下，在光波长为365nm，固化功率为100mw/cm²，固化时间为60s，凝胶层厚度为100um。

实例3：在硅衬底上制作10um聚酰亚胺，固化后通过化学气相沉积技术制作5um派瑞林，之后在上面旋涂光刻胶，采用光刻机对光刻胶进行曝光，浸泡显影液形成图形，蒸镀10nm Cr和60nm Au，用去胶液浸泡，去除光刻胶，之后再通过化学气相沉积技术制作3um派瑞林，配制水凝胶预聚物配比为：

甲基丙烯酸羟乙酯 40%

二丙烯酸-1,4-丁二醇酯 3%

1-羟基环己基苯基甲酮 1.5%

水 25.5%

丙二醇 20%

聚乙烯吡咯烷酮 10%

充分混合预聚物，将PET模具贴在器件表面，滴加水凝胶预聚物溶液，将器件转移至紫外光机下，光波长为365nm，固化功率为200mw/cm²，固化时间为120s，凝胶层厚度为100um。添加聚乙烯吡咯烷酮作为促粘剂可以提高凝胶的粘附性，更利于电极的贴服。

实例4：在硅衬底上制作10um聚酰亚胺(PI)，固化后通过化学气相沉积技术制作3um派瑞林，之后在上面旋涂光刻胶，采用光刻机对光刻胶进行曝光，浸泡显影液形成图形，蒸镀10nm Cr和35nm Au，用去胶液浸泡，去除光刻胶，之后再通过化学气相沉积技术制作3um派瑞林，配制水凝胶预聚物配比为：

甲基丙烯酸羟乙酯 30%

二甲基丙烯酸乙二醇酯 2%

1-羟基环己基苯基甲酮 1.5%

水 25.5%

丙三醇 20%

聚乙烯吡咯烷酮 20%

充分混合预聚物，将PET模具贴在器件表面，滴加水凝胶预聚物溶液，将器件转移至紫外光机下，光波长为365nm，固化功率为100mw/cm²，固化时间为120s，凝胶层厚度为100um。

相应地，本发明实施例还提供了一种植入式柔性脑机接口电极，参见图1、图2、图3和图4，本发明实施例所述接口电极所述电极包括树脂层、金属层和上述中任意一项所述的凝胶层，其中，所述金属层按需设置在所述树脂层上，并在设置所述金属层一侧的树脂层上，通过紫外光固化成型所述凝胶层，并通过所述凝胶层与脑组织相接触，以使得接口电极与脑组织之间具有相似的杨氏模量，进而保证接口电极与脑组织之间生物相容性；

所述树脂层为苯并环丁烯BCB、派瑞林、聚苯二甲基硅氧烷PDMS、聚酰亚胺PI、聚降冰片烯PNB、SU-8和液晶聚合物LCP中的一种或多种，所述树脂层厚度为1-1000um；

所述金属层材料为金、银、铜、铂、铝、钨、镍、铁、铂铱合金、铝锰合金、铝镁合金、铜锌合金和铅锡合金中的一种或多种，所述金属层的厚度为10-100nm。

本发明实施例所述的接口电极可以参见本发明凝胶层进行理解，在此不做详细论述。

综上，本发明提供了一种甲基丙烯酸羟乙酯类水凝胶微电极，通过光引发聚合的方式，将单体与交联剂进行共价结合，工艺过程简化，提高了界面的粘结力与力学强度，使得最终制得的脑机接口电极的杨氏模量与脑组织接近，更有利于电极的长期植入，实践证明，本发明所制备的水凝胶柔性电极能够很好地满足生物相容性、柔韧性、化学惰性、低杨氏模量的特性要求，因此本发明的电极能够实现准确对电信号进行监测，使得能够准确评估大脑皮层的功能，最终大大提升了用户体验。

尽管为示例目的，已经公开了本发明的优选实施例，本领域的技术人员将意识到各种改进、增加和取代也是可能的，因此，本发明的范围应当不限于上述实施例。

Claims (6)

1.一种设置在植入式柔性脑机接口电极上的凝胶层，其特征在于，包括：

所述凝胶层是由液相预聚物通过紫外光固化成型，所述预聚物包括单体、交联剂、光引发剂、溶剂、表面活性剂、保湿剂和促粘剂，所述固化成型所使用的紫外光的波长范围为200-400nm，所述固化成型使用的功率为50-200mw/cm²，所述固化成型时间为60-120s，所述凝胶层厚度为10-1000um；

其中，所述溶剂包括水、乙醇、丙酮、乙二醇、***、环氧丙烷、丙酮、甲基丁酮、甲基异丁酮、乙二醇单甲醚、乙二醇单***和乙二醇单丁醚中的一种或多种；

所述单体为甲基丙烯酸羟乙酯，且所述单体比例为20-80%；

所述交联剂为二甲基丙烯酸乙二醇酯，且所述交联剂加入比例为1-5%；

所述光引发剂为自由基光引发剂，且所述自由基光引发剂为2-羟基-2-甲基-1-苯基丙酮、1-羟基环己基苯基甲酮、2-甲基-2-(4-吗啉基)-1-[4-(甲硫基)苯基]-1-丙酮、2,4,6-三甲基苯甲酰基-二苯基氧化膦、2-二甲氨基-2-苄基-1-[4-(4-吗啉基)苯基]-1-丁酮、2-羟基-2-甲基-1-[4-(2-羟基乙氧基)苯基]-1-丙酮中的一种或多种，且所述光引发剂的加入比例为0.1-1%；

所述表面活性剂为两性离子表面活性剂，包括羧酸基甜菜碱、磺基甜菜碱、磷酸脂甜菜碱中的一种或多种，且所述表面活性剂的加入比例为0.1-2%；

所述保湿剂为丙三醇、丁二醇、丙二醇中的一种或多种，且所述保湿剂的加入比例为20-40%；

所述促粘剂为聚乙烯吡咯烷酮、甲基纤维素、羧甲基纤维素、海藻糖和透明质酸钠中的一种或多种，且所述促粘剂的加入比例为5-20%。

2.根据权利要求1所述的凝胶层，其特征在于，

所述单体的加入比例为30-50%。

3.根据权利要求1所述的凝胶层，其特征在于，

所述交联剂的加入比例为2-3%。

4.根据权利要求1所述的凝胶层，其特征在于，

所述凝胶层是通过紫外光引发聚合的方式将所述单体与所述交联剂进行共价结合。

5.根据权利要求1-4中任意一项所述的凝胶层，其特征在于，

所述凝胶层厚度为50-200um。

6.一种植入式柔性脑机接口电极，其特征在于，所述电极包括树脂层、金属层和权利要求1-5中任意一项所述的凝胶层，其中，所述金属层按需设置在所述树脂层上，并在设置所述金属层一侧的树脂层上，通过紫外光固化成型所述凝胶层，并通过所述凝胶层与脑组织相接触，以使得接口电极与脑组织之间具有相似的杨氏模量，进而保证接口电极与脑组织之间生物相容性；

所述树脂层为苯并环丁烯BCB、派瑞林、聚苯二甲基硅氧烷PDMS、聚酰亚胺PI、聚降冰片烯PNB、SU-8和液晶聚合物LCP中的一种或多种，所述树脂层厚度为1-1000um；

所述金属层材料为金、银、铜、铂、铝、钨、镍、铁、铂铱合金、铝锰合金、铝镁合金、铜锌合金和铅锡合金中的一种或多种，所述金属层的厚度为10-100nm。