CN101829401B - 基于光刻等微纳制造工艺的植入式生物电极及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于光刻等微纳制造工艺制作的植入式生物电极及其制备方法，在金属芯线上包有绝缘套管；在绝缘套管上有螺旋金属引线，螺旋金属引线和绝缘套管封装在聚氨酯绝缘层里，刺激点和连接端金属环分别于两端预留的螺旋金属引线相连；刺激点表层电镀有惰性金属氧化物。该工艺通过溅射或蒸镀在聚氨酯绝缘套管淀积上一层金属薄膜；将淀积的金属薄膜通过光刻，微接触压印和刻蚀工艺制作出初始的螺旋线结构；通过电镀金属来成型最终的螺旋金属引线；将穿有金属芯线的套管放入封装模具中进行封装；对刺激点电镀上一层氧化铱，增加细胞附着性，提高生物相容力；修整，测试导通性，完成电极制作。

Description

基于光刻等微纳制造工艺的植入式生物电极及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种植入式生物电极，特别涉及一种基于光刻等微纳制造工艺制作的植入式生物电极。

背景技术

当今医学通过给患者体内植入电极治疗诸如帕金森症，癫痫等比较严重的神经性疾病，但目前常用的植入式电极主要采用人工或机器绕制的螺旋线作为连接线，以传统机械加工的金属管作为刺激端。这种通过绕制的螺旋线通常会导致连线内部产生应力集中和变形，并且市场上金属线的材料和尺寸有限，造成选择上的限制，另外其价格也比较高，增加电极制造的难度和成本。而传统机械加工的金属管则有更多的弊端：尺寸较大，不能满足电极对刺激点微小化的要求；需通过焊接与连接线相连，容易造成邻近密封绝缘管材料的烧蚀和电极管本身的氧化，一旦植入人体易引起电极绝缘实效和电极管的腐蚀。另外在刺激电极植入一段时间后，由于脑组织的免疫反应，会在电极的周围形成一层排列紧密的“胶质包裹物”。这种包裹物的存在，把植入电极的刺激点与周围的神经细胞隔开，降低了电刺激效果。同时，为了达到治疗效果，不得不调高刺激参数，进而缩短了电池的使用寿命。

因此简化电极的制造工艺，避免绕线，使电极尺寸更加微小，避免电极连线和刺激点的焊接所造成的烧蚀和氧化，提高植入电极的生物相容性，降低脑组织的免疫反应，减少或抑制电极周围包裹物的形成，实现电极与神经细胞之间接触，增加放电刺激效果，成为进一步提高电极性能和寿命的关键。

发明内容

针对现有电极制造工艺复杂，需要绕线，电极刺激点尺寸较大，需焊接连接引线和刺激点的不足，本发明的目的在于提供一种植入式生物电极及其制备方法，它能避免绕线和焊接，同时能够减小电极尺寸，提高电极的生物相容性和神经亲和力。

本发明的技术方案如下：一种基于光刻等微纳制造工艺的植入式生物电极，包括刺激点，螺旋金属引线和连接端金属环，在金属芯线上包有绝缘套管，在绝缘套管上有螺旋金属引线，螺旋金属引线和绝缘套管封装在聚氨酯绝缘层里，在聚氨酯绝缘层两端分别淀积有刺激点和连接端金属环，刺激点和连接端金属环分别于两端预留的螺旋线金属引线相连，刺激点表层电镀有惰性金属氧化物。

所述的刺激点和连接金属环通过溅射或蒸镀与金属螺旋线相连。

所述的螺旋金属引线附着在绝缘套管上。

所述的螺旋金属引线和绝缘套管是被包裹在聚氨酯绝缘层里面。

所述的惰性金属氧化物为氧化铱。

一种基于光刻等微纳制造工艺的植入式生物电极的制备方法，1)通过溅射或蒸镀在聚氨酯绝缘套管淀积上一层金属薄膜；2)将淀积的金属薄膜通过光刻和刻蚀工艺制作出螺旋金属引线结构；3)通过电镀金属来成型最终的螺旋金属引线，该层金属厚度为0.03～0.1mm；4)用三维建模软件PROE设计出封装模具，通过快速成型技术翻制出实际的硅橡胶封装模具；5)在绝缘套管内部穿入金属芯线，然后将芯轴和螺旋金属引线一起放入封装模具中，用热注塑或常温注塑的方法对金属螺旋引线进行封装，封装时要留出适当长度的螺旋金属引线待后续连接刺激点和连接端金属环，在留有螺旋金属引线的部位要制作出凹槽来；6)把留出的螺旋金属引线缠入相应的凹槽中，凹槽以外的部位用树脂薄膜包裹起来，然后将其放入溅射室或蒸镀腔，淀积0.5mm的金属薄膜之后将其取出，拆去树脂薄膜包裹层，淀积的金属薄膜就随其一起拆去，留下凹槽处的金属，形成初始的刺激点和连接端金属环，这样刺激点和连接端金属环就与螺旋金属引线连接起来；7)最后对刺激点电镀上一层氧化铱；8)修整，测试导通性，完成电极制作。

所述的金属薄膜是金、银、铂或铱膜。

本发明利用溅射和光刻等微纳制造技术制作的螺旋导线和刺激点，尺寸更小，同时避免了绕线和焊接，简化制作工艺，提高了刺激点的抗腐蚀性，使绝缘套管等绝缘材料不被烧伤。

附图说明

图1光刻制作的微压印弹性模图2滚压制作螺旋金属引线的导引线图3刻蚀后形成的螺旋金属引线图4封装后电极头部的放大图图5最终的电极整体图下面结合附图对本发明的内容作进一步的详细说明。

具体实施方式

以2个刺激点为例。本发明的电极分为连接端，连接线和刺激端。连接端包括2个金属环3，刺激端包括2个刺激点1。

参照图1、2、3所示，首先，先在聚氨酯套管上溅射一层厚度0.0025mm的钛薄膜，然后再在其上溅射约为0.03mm厚的银薄膜(或金，或铂，或铱)，这里的钛作为助黏剂增强了银膜与聚氨酯管的附着强度，然后使用由光刻工艺制作的弹性模(如图1所示)在溅射有银层的毛细管的表面滚动压印(如图2所示)十六烷硫醇(hexadecanethiol)螺旋线，将压印好的管子浸入氰铁酸盐溶液中去除未被hexadecanethiol保护的银膜，再将其浸入1％的HF溶液10秒去除掉暴露的钛.，再通过电镀最终成型2条螺旋线(如图3所示)。在2条螺旋线上涂覆绝缘材料-聚氨酯，形成绝缘层，目的是为了避免2线之间的接触和导通，这样最终成型的螺旋金属引线(含绝缘层)的直径为0.075～0.2mm，内部裸线直径为0.05～0.15mm，且具有很好的生物相容性。在已成型螺旋线内部的聚氨酯套管里穿入一根金属心线，然后用常温注塑将聚氨酯套管和螺旋线外面封装上一层聚氨酯材料，该层聚氨酯为圆柱状，并且把聚氨酯套管和螺旋线包裹在里面。

参照图4所示，在封装时，依照刺激点和连接金属环的位置，分别留出两端螺旋线的头部。将预留引线头部缠入相应的凹槽，刺激端的2个凹槽之间的距离根据设计要求的2个刺激点之间的距离而定，连接端四个凹槽之间的距离则根据设计要求的2个连接端金属环之间的距离而定。而凹槽以外的部位都用树脂薄膜包裹起来，然后将其放入溅射室或蒸镀腔，这次淀积的金属薄膜(或金，或银，或铂，或铱)的厚度应高出凹槽0.1mm，这样做的目的是既保证成型的刺激点和连接金属环与螺旋金属引线端部能很好的相连且导通，又能保证电极在植入体内之后刺激点与组织能很好的接触。然后拆去树脂薄膜包裹层，它上面淀积的金属薄膜就随其一起拆去，只留下凹槽处的金属，形成初始的刺激点和连接端金属环，再对刺激点电镀氧化铱，氧化铱镀层可提高电极的生物相容性和神经纤维亲和力。最后再对电极做最后的修正以及测试刺激点，连接点和螺旋引线的导通性，这样就完成了电极的制作。

参照图5所示，在金属芯线4上包有绝缘套管6：在绝缘套管6上淀积有光刻和微接触压印制作的螺旋金属引线2；螺旋金属引线2和绝缘套管6封装在聚氨酯绝缘层5里：在聚氨酯绝缘层5两端分别淀积有刺激点1和连接端金属环3；刺激点1和连接端金属环3分别于两端预留的螺旋线相连；刺激点1表层电镀有惰性金属氧化物。

这样制作的电极尺寸更小，省却了绕线和焊接工艺，从而避免了焊接带来的烧蚀和氧化，增强刺激点的抗腐蚀性，提高电极的工作性能，延长电极的工作寿命。由于螺旋引线和刺激端金属环的连接位置处于刺激端金属环的内部，这样的连接方式既保证了连接的可靠性又保证了电极在植入脑部的过程中最大限度的减少对脑组织的损伤。通过电极表面电镀惰性金属改性，可以提高植入电极的生物相容性，降低脑组织的免疫反应，减少或抑制电极周围包裹物的形成，实现电极与神经细胞之间接触，增加放电刺激效果。

另外整个电极的制作是基于光刻，微接触压印等微纳米制造工艺，在保证电极形状和尺寸的精准性的同时，简化了制作流程，实现电极的批量化制作，提高电极制作的效率。

Claims (2)

1.一种基于光刻微纳制造工艺的植入式生物电极的制备方法，其特征在于：

1）通过溅射或蒸镀在聚氨酯绝缘套管（6）淀积上一层金属薄膜；

2）将淀积的金属薄膜通过光刻和刻蚀工艺制作出螺旋金属引线结构；

3）通过电镀金属来成型最终的螺旋金属引线（2），该层金属厚度为0.03～0.1mm；

4）用三维建模软件PROE设计出封装模具，通过快速成型技术翻制出实际的硅橡胶封装模具；

5)在绝缘套管（6）内部穿入金属芯线，然后将芯轴和螺旋金属引线一起放入封装模具中，用热注塑或常温注塑的方法对金属螺旋引线进行封装，封装时要留出适当长度的螺旋金属引线待后续连接刺激点和连接端金属环，在留有螺旋金属引线的部位要制作出凹槽来；

6）把留出的螺旋金属引线缠入相应的凹槽中，凹槽以外的部位用树脂薄膜包裹起来，然后将其放入溅射室或蒸镀腔，淀积0.5mm的金属薄膜之后将其取出，拆去树脂薄膜包裹层，淀积的金属薄膜就随其一起拆去，留下凹槽处的金属，形成初始的刺激点和连接端金属环，这样刺激点和连接端金属环就与螺旋金属引线连接起来；

7）最后对刺激点电镀上一层氧化铱；

8）修整，测试导通性，完成电极制作。

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述的金属薄膜是金、银、铂或铱膜。

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