CN103239800A

CN103239800A - 一种基于微加工技术的柔性多通道深部脑刺激三维电极

Info

Publication number: CN103239800A
Application number: CN2013101390560A
Authority: CN
Inventors: 李璟文; 张磊; 王守岩
Original assignee: Suzhou Institute of Biomedical Engineering and Technology of CAS
Current assignee: Suzhou Institute of Biomedical Engineering and Technology of CAS
Priority date: 2013-04-22
Filing date: 2013-04-22
Publication date: 2013-08-14

Abstract

本发明公开了一种基于微加工技术的柔性多通道深部脑刺激三维电极，包括平面柔性薄膜电极和特殊模具，所述平面柔性薄膜电极在所述特殊模具的正中间。采用本发明技术方案，解决了深部脑刺激与记录多通道电极尺寸精确控制问题，具有加工方便、电极分布精确的特性，并且能够集成柔性电路技术实现利用较少的外联导线实现对多个刺激或者记录触点的控制。

Description

一种基于微加工技术的柔性多通道深部脑刺激三维电极

技术领域

本发明涉及一种基于微加工技术的柔性多通道深部脑刺激三维电极。

背景技术

深部脑刺激是指对脑组织的特定部位进行电刺激（deep brain stimulation，DBS），从而达到治疗或者缓解与神经有关疾病的目的，目前已成功应用于帕金森、癫痫、震颤等中枢神经系统疾病的缓解与治疗。通过刺激电极电极将电脉冲传递到大脑的特定功能核团区域，实现对该区域的刺激以达到治疗相关疾病的目的。

然而，由于功能核团区域往往比较小，例如与治疗帕金森病相关的下丘脑核，其大小如直径为3-4毫米的球状或直径为3-4毫米长度为5-6毫米的卵状。这就为电极准确植入到靶区带来较大困难。如何让电极能够有效对靶区产生合适的刺激，而不会对周围组织产生刺激从而引发副效应是深部脑刺激的难点。

现阶段一条解决该问题的途径是提高脑功能区的定位精度。然而，由于每个人的解剖结构上的一些差异和脑功能区成像上有一定的误差等其它因素的影响，致使电极的定位精度很难保证。另一条解决方案是提高刺激精度，即提高刺激触点数目，减小触点尺寸，根据实际情况选通部分刺激触点，控制刺激区域，避免误刺激，从而优化治疗效果。

目前临床应用的主要是四个圆柱形触点的铂铱电极，其电极高度为1.5毫米、电极探针直径为1.27mm。每个触点面积较大，刺激精度低，而且是对称圆柱状，所以该电极能够刺激的大脑区域较大，容易刺激不必要的区域引起副作用，而且电极一旦移位，不能对电极刺激区域进行调整。

为进一步提高刺激精度，上海交通大学的专利申请（脑刺激用多位点刺激电极阵列），专利号（CN 101708353 A），提出利用机械组装技术实现16通道刺激电极阵列，但是电极触点尺寸受机械组装精度的限制，而且进一步减小尺寸，提高刺激分辨率难度较大。

发明内容

为克服现有技术中的不足，本发明提供一种基于微加工技术的柔性多通道深部脑刺激三维电极。

为实现上述技术目的，达到上述技术效果，本发明通过以下技术方案实现：

一种基于微加工技术的柔性多通道深部脑刺激三维电极，包括平面柔性薄膜电极和特殊模具，所述平面柔性薄膜电极在所述特殊模具的正中间。

进一步的，所述平面柔性薄膜电极包括刺激触点，引线触点，内部导线和聚C型对二甲苯Parylene C结构材料，所述刺激触点和所述引线触点之间通过内部导线连接，且每个引线触点都连接有外部导线。

进一步的，所述特殊模具包括第一模具可动模块，第二模具可动模块，模具灌孔和模具固定模块，所述第一模具可动模块和所述第二模具可动模块分别安装在所述模具固定模块的两端，所述模具灌孔设置在所述模具固定模块的凸起的中间部位。

进一步的，所述平面柔性薄膜电极为圆滚筒状，且采用微加工工艺制作且薄膜层数大于等于三层；金属导电层大于等于一层，其材料为导电性优良，并具有良好生物兼容性的铂，金，导电聚合物等；电极结构层材料为具有良好机械强度，良好柔韧性与生物兼容性的Parylene系列材料与聚酰亚胺材料。

进一步的，所述刺激触点及所述引线触点的结构为圆形或者矩形；所述外部导线为带有乙烯-四氟乙烯共聚物绝缘涂层的铂铱合金线及金线，所述外部导线为非缠绕式，且分布于平面电极内侧，并通过灌注具有良好粘接作用的液态可固化填充物固定。

进一步的，所述刺激触点有24个，所述引线触点也有24个，所述内部导线由24根。

进一步的，所述特殊模具的材料为Visi Jet Crystal丙烯酸塑料，模具制作方式为利用3D打印机打印。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

采用本发明技术方案，电极触点分布精确，加工工艺简单，重复性好，精度高；电极导线通过具有粘结性的植入式填充物固定于圆柱体内部，电极外表面更光滑；结合微电子多路复用技术，可以在大幅减小电极尺寸，提高刺激触点数目的同时，控制导线数量。

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，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。本发明的具体实施方式由以下实施例及其附图详细给出。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是本发明整个电极结构示意图；

图2是本发明柔性平面电极阵列示意图；

图3是本发明单个电极触点剖面图；

图4是本发明模具立体示意图，a，b，c分别为不同视角示意图；

图5是本发明灌注示意图。

图中标号说明：1、刺激触点，2、引线触点，3、内部导线，4、聚C型对二甲苯Parylene C结构材料，5、外部导线，6、具有良好粘接作用的液态可固化填充物，7、平面柔性薄膜电极，8、第一模具可动模块，9、第二模具可动模块，10、模具灌孔，11、带有乙烯-四氟乙烯共聚物绝缘涂层的铂铱合金线，12、模具固定模块。

具体实施方式

下面将参考附图并结合实施例，来详细说明本发明。

一种基于微加工技术的柔性多通道深部脑刺激三维电极，包括平面柔性薄膜电极7和特殊模具，所述平面柔性薄膜电极7在所述特殊模具的正中间。

进一步的，所述平面柔性薄膜电极7包括刺激触点1，引线触点2，内部导线3和聚C型对二甲苯Parylene C结构材料4，所述刺激触点和所述引线触点之间通过内部导线连接，且每个引线触点都连接有外部导线5。

进一步的，所述特殊模具包括第一模具可动模块8，第二模具可动模块9，模具灌孔10和模具固定模块12，所述第一模具可动模块8和所述第二模具可动模块9分别安装在所述模具固定模块12的两端，所述模具灌孔10设置在所述模具固定模块12的凸起的中间部位。

进一步的，所述平面柔性薄膜电极7为圆滚筒状，且采用微加工工艺制作且薄膜层数大于等于三层；金属导电层大于等于一层，其材料为导电性优良，并具有良好生物兼容性的铂，金，导电聚合物等；电极结构层材料为具有良好机械强度，良好柔韧性与生物兼容性的Parylene系列材料与聚酰亚胺材料。

进一步的，所述刺激触点1及所述引线触点2的结构为圆形或者矩形；所述外部导线5即为带有乙烯-四氟乙烯共聚物绝缘涂层的铂铱合金线11，所述外部导线5为非缠绕式，且分布于平面电极内侧，并通过灌注具有良好粘接作用的液态可固化填充物6固定。

进一步的，所述刺激触点1有24个，所述引线触点2也有24个，所述内部导线3由24根。

本发明采用传统的光刻、刻蚀技术使刺激触电1和引线触点2裸露出来，具体方法为：

1、首先在四寸硅（100）基片上真空涂覆5微米的聚C型对二甲苯ParyleneC作为最终释放器件的缓冲层，便于平面电极从硅片释放脱离。

2、在聚C型对二甲苯Parylene C上利用磁控溅射法沉积300nm铝，并利用光刻刻蚀法图形化，图形化的铝膜为最终刻蚀聚C型对二甲苯ParyleneC的掩蔽层，使电极触点部分裸露。

3、真空涂覆10微米聚C型对二甲苯ParyleneC材料，该层为平面电极结构材料，并对电极起保护作用。

4、电子束蒸发沉积500nm铂，并利用Lift-off工艺图形化，实现24路刺激触点与引线触点的互联。

5、真空涂覆10微米聚C型对二甲苯ParyleneC保护层材料，该层亦为平面电极结构材料，同时亦对电极起保护作用。

6、磁控溅射沉积200nm铝，利用光刻刻蚀图形化后作为氧等离子体刻蚀聚C型对二甲苯ParyleneC的掩蔽层，刻蚀掉聚C型对二甲苯ParyleneC，使铂引线触点裸露出来，以备后续引线焊接。

7、将上述样品置入酒精中浸泡，释放平面薄膜。

8、利用电感耦合等离子体干法刻蚀技术去除背面聚C型对二甲苯Parylene C，使刺激触点裸露出来，并利用盐酸去除掩蔽层金属铝，最终获得三层的柔性薄膜电极7。

本发明的原理：

通过电阻焊接技术分别独立引线至外部接头，设计模具固定柔性薄膜，灌注液态硅橡胶，固化后最终形成三维圆柱状多触点深部脑刺激电极阵列；可以根据电极在临床使用中的实际情况及电极植入位置，实现刺激通道部分按需选通，调整刺激区域，只对特定神经功能核团刺激，而不对其他区域进行误刺激。

另外采用特殊设计的模具固定平面电极成圆筒状，其中，外侧为刺激触点，内侧为引线触点及引线，当第一模具可动模块8和第二模具可动模块9产生相对运动移动至图5所示位置时，即可保证柔性薄膜电极阵列为圆筒形，灌注具有生物兼容性的硅橡胶材料，固化后即形成如图1所示的电极形状。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种基于微加工技术的柔性多通道深部脑刺激三维电极，包括平面柔性薄膜电极（7）和特殊模具，其特征在于，所述平面柔性薄膜电极（7）在所述特殊模具的正中间。

2.根据权利要求1所述的基于微加工技术的柔性多通道深部脑刺激三维电极，其特征在于，所述平面柔性薄膜电极（7）包括刺激触点（1），引线触点（2），内部导线（3）和聚C型对二甲苯Parylene C结构材料（4），所述刺激触点和所述引线触点之间通过内部导线连接，且每个引线触点都连接有外部导线（5）。

3.根据权利要求1所述的基于微加工技术的柔性多通道深部脑刺激三维电极，其特征在于，所述特殊模具包括第一模具可动模块（8），第二模具可动模块（9），模具灌孔（10）和模具固定模块（12），所述第一模具可动模块（8）和所述第二模具可动模块（9）分别安装在所述模具固定模块（12）的两端，所述模具灌孔（10）设置在所述模具固定模块（12）的凸起的中间部位。

4.根据权利要求2所述的基于微加工技术的柔性多通道深部脑刺激三维电极，其特征在于，所述平面柔性薄膜电极（7）为圆滚筒状，且采用微加工工艺制作且薄膜层数大于等于三层；金属导电层大于等于一层，其材料为导电性优良，并具有良好生物兼容性的铂，金，导电聚合物等；电极结构层材料为具有良好机械强度，良好柔韧性与生物兼容性的Parylene系列材料与聚酰亚胺材料。

5.根据权利要求2所述的基于微加工技术的柔性多通道深部脑刺激三维电极，其特征在于，所述刺激触点（1）及所述引线触点（2）的结构为圆形或者矩形；所述外部导线（5）为带有乙烯-四氟乙烯共聚物绝缘涂层的铂铱合金线及金线，所述外部导线（5）为非缠绕式，且分布于平面电极内侧，并通过灌注具有良好粘接作用的液态可固化填充物（6）固定。

6.根据权利要求2所述的基于微加工技术的柔性多通道深部脑刺激三维电极，其特征在于，所述刺激触点（1）有24个，所述引线触点（2）也有24个，所述内部导线（3）有24根。

7.根据权利要求3所述的基于微加工技术的柔性多通道深部脑刺激三维电极，其特征在于，所述特殊模具的材料为Visi Jet Crystal丙烯酸塑料，模具制作方式为利用3D打印机打印。