CN103702714B - 神经电极以及制造该神经电极的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种神经电极。尤其涉及一种能够承受高机械力的电极，以及制造该电极的方法。本发明公开了一种弹性神经电极，其具有至少一层包括导电材料以及两侧覆盖保护弹性体层的平面金属层，其特征在于，对于所述电极的强化体，在所述最外侧保护弹性体层之间存在一层包括强化体材料的额外的强化体层。
Description
技术领域
本发明涉及一种神经电极。尤其涉及一种能够承受高机械力的电极，以及制造该电极的方法。
交叉引用的相关文献
Schuettler,M.,Stiess,S.,King,B.,Suaning,G.J.:"Fabrication of ImplantableMicroelectrode Arrays by Laser-Cutting of Silicone Rubber and Platinum Foil".Journal of Neural Engineering,No.2,p.121-128(2005).
Schuettler,M.,Pfau,D.,Ordonez,J.S.,Henle,C.,Woias,P.,Stieglitz,T.:"Stretchable Tracks for Laser-Machined Neural Electrode Arrays",Proceedings of theIEEE Engineering in Medicine and Biology Conference,pp.1612-1615,(2009).
Suaning,G.J.,Schuettler,M.,Ordonez,J.S.,Lovell,N.H.:"Fabrication ofMulti-Layer,High Density Micro-Electrode Arrays for Neural Stimulation andBio-Signal Recording",Proceedings of the IEEE Neural Engineering Conference,pp.5-8(2007).
背景技术
已获确认并公开的[Schuettler2005]基于金属弹性体的神经电极的制造工艺得到改进以使电极阵列具有更好的机械稳定性。
发明目的
目前的制造工艺使用激光切割金属箔，以产生导电轨道和接触垫。这些轨道和垫被嵌入到硅酮弹性体中。由于硅酮是非常有弹性的，它不能保护精密的金属轨道对抗应用中（例如在植入手术过程中）的压力以及其它机械负载。
发明内容
目前，还没有基于硅酮的可植入神经电极的制造工艺，其采用一功能为确保神经电极的机械性能以及保护金属结构的额外的层。
当前的分层（弹性体-金属-弹性体）将通过至少一具有高拉伸强度的聚合物的附加层得到延展。该聚合物起到机械保护的作用，例如缓解压力以最小化到达精密的金属轨道上的力。
这样处理电极结构更安全。大大降低了在植入期间和在植入后损伤金属轨道的风险。并且，如果需要的话，聚合物层可以以局部加强（或硬化）电极阵列的方式成型，使得电极的设计者可以定义各向异性的机械性能（例如，在相对金属轨道纵向方向上的较高的杨氏系数，在横向方向上的低杨氏系数）。
附图说明
图1所示为可以应用于制造聚合物强化的基于硅酮的神经电极的可能的工艺。
图2A-C所示为通过使固嵌在网格弹性体中的聚合物强化体成型以在电极网格中产生各向异性的机械性能。
具体实施方式
在下文中，给出了本发明的几个优选实施例。之后描述了依据本发明的工艺方法。
用于增强的箔具有多个穿孔。通过这些孔，弹性体的两个相邻层相互接触并通过互锁建立彼此之间，以及和聚合物箔之间坚固的机械连接。
为了增强神经电极的鲁棒性，聚合物强化可以与使导电金属轨道呈蜿蜒状结合。蜿蜒状电极允许延伸到一定程度而不被破坏[Schuettler2009]。
为了加强聚合物强化的神经电极的机械柔韧性，可以按照一种只在相对金属轨道纵向方向上承受拉力的方式使聚合物箔片成型。相反，其不可以在相对轨道横向方向上承受力，而且，也不太影响弹性体的柔韧性（如图2所示）。
神经电极可以被制造在弹性体和激光成形型金属的多个交替层中[Suaning2007]。根据不同的应用，可以决定哪层是用于放置聚合物强化体的。
有些应用需要使用一层以上的强化体。
有些应用需要使用具有某些额外功能的聚合物强化体，如：
-承载用于成像技术的标记（例如，不透射线）
-承载允许药物控释的流体通道
-承载关于如何植入阵列或关于设计方面（如标示电极触点等）的印刷信息
-（部分地）由可降解的材料制成，只在植入过程中和在愈合过程中提供机械保护，但在长期使用中为精密的神经组织提供最大的柔软度。在弹性体中嵌入聚合物强化体的构想可以应用于但不限于激光成形型神经电极（如图1所示）。它也适用于基于光刻成形型的金属层和/或弹性体，基于在弹性体上电镀金属的方法，和采用金属结构嵌入弹性体的其它方法。
这种可应用于制造聚合物强化的基于硅酮的神经电极的可能的制造工艺，如图1所示，需要一个可以在其上处理电极阵列的机械载体，该机械载体将在制造完成后被丢弃。在第一个步骤中，释放层被沉积到载体上，以防止将在第二个步骤中涂敷的未固化的弹性体永久地粘合到载体上。在第三步骤中，聚合物强化体被层压到弹性体上。通常，薄塑料箔被用作强化体。这种箔将在下一工艺步骤中被嵌入到弹性体中。
在第五个步骤中，金属箔被层压到弹性体上。在下面的步骤中，用激光在金属箔上切割出触点和导电轨道的外缘。所有不需要的金属（例如，两个相邻轨道之间的金属）在第七个步骤中被手动移除。在第八个工艺步骤中沉积弹性体的第三层，以覆盖金属轨道。电极位置和接触垫在一额外的激光处理中露出，且使用激光穿透所有的弹性体层切割出电极阵列的轮廓。在第十个步骤中，从机械载体上移除所制造的电极阵列。
通常，医用级硅酮橡胶被用作弹性体。金属箔可以由不锈钢，铂，或类似的材料制成。聚合物强化体可以由聚乙烯，聚丙烯，C型聚对二甲苯，或其它材料制成。
图2A示出了依据本发明的一种电极的示例性设计。更精确地，示出了一种没有受到外力影响的电极网格。
图2B示出了强化体如何在纵向方向（相对于金属轨道）上承受拉力（箭头），且不影响电极网格的形状。
根据图2C所示，在横向方向（相对于金属轨道）上的拉力（箭头）可以影响电极网格的形状而不危及精密的金属轨道。
Claims (11)
1.弹性神经电极，其具有至少一层包括导电材料以及两侧覆盖第三保护弹性体层和第二保护弹性体层的平面金属层，其特征在于，对于所述弹性神经电极的强化体，存在包括强化体材料的额外的强化体层，所述弹性神经电极包括一叠具有向外开口的第三保护弹性体层、所述开口到达其上的平面金属层、第二保护弹性体层、强化体层和第一保护弹性体层，其中，所述强化体材料具有多个穿孔，第一保护弹性体层和第二保护弹性体层通过这些穿孔相互接触。
2.根据权利要求1所述的弹性神经电极，其特征在于，所述强化体层包括数个平行布置以及至少部分分离的强化体材料的条状物。
3.根据权利要求1所述的弹性神经电极，其特征在于，所述强化体层具有附加功能，所述附加功能包含由承载用于图像技术的标记、承载流体通道和承载从外部可见的印刷信息组成的组。
4.根据权利要求1所述的弹性神经电极，其特征在于，所述强化体材料至少有若干部分是可降解的。
5.一种制造弹性神经电极的方法，所述弹性神经电极具有至少一层包括导电材料以及两侧覆盖第三保护弹性体层和第二保护弹性体层的平面金属层，其特征在于，对于所述弹性神经电极的强化体，存在包括强化体材料的额外的强化体层，所述方法包括以下步骤：
-提供一个机械载体
-沉积释放层到所述机械载体上
-涂敷第一弹性体层到释放载体上
-层压聚合物强化体到所述第一弹性体层上
-涂敷第二弹性体层到聚合物强化体层上
-层压金属层到所述第二弹性体层上
-使所述金属层成形
-移除所述金属层中不需要的部分
-涂敷第三弹性体层到所述金属层上
-部分移除所述第三弹性体层，以露出所述金属层的所需部位
-切割出所述弹性神经电极的外轮廓
-从所述释放层上移除所述弹性神经电极。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，使所述金属层成形、移除所述金属层中不需要的部分、部分移除所述第三弹性体层和/或切割出所述弹性神经电极的外轮廓可通过激光处理实现。
7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，金属的涂敷通过光刻或电镀的方法实现。
8.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述弹性体层和/或所述聚合物强化体层的结构化通过光刻的方法实现。
9.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，还包括执行一个打印信息到所述聚合物强化体层上的额外的步骤。
10.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，还包括执行对所述聚合物强化体层穿孔的额外的步骤。
11.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，层压金属层到所述第二弹性体层上、使所述金属层成形、移除所述金属层中不需要的部分和在所述金属层上涂敷第三弹性体层的步骤被实行超过一次。
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