CN105214214B - 一种神经刺激器及其制作方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于生物医学工程技术领域，具体涉及一种神经刺激器，包括基底，开设若干通孔；微电极，若干个，所述微电极通过填充通孔设置在基底上，漏出在基底一侧的为微电极的刺激部，另一侧为微电极的连接部；刺激芯片，所述微电极的连接部直接倒装焊接在刺激芯片上；外壳，密封连接在基底上。制作方法采用激光打孔、电镀通孔等加工技术，激光焊的封装方式。本发明采用倒装焊工艺连接微电极与刺激芯片，极大减少了刺激器植入过程中造成的组织损伤，本发明制作方法过程简单，周期短。在高密度、有序排列的可植入三维微电极阵列方面，实现高密度的选择性刺激与记录，具有良好的应用前景。

Description

一种神经刺激器及其制作方法
技术领域
本发明属于生物医学工程技术领域，具体涉及一种神经刺激器及制作方法。
背景技术
植入式神经刺激器在医学上有着广泛的应用，如人工耳蜗、人工视觉恢复、脑深部电刺激系统等。微电极作为揭示神经系统工作机理、治疗神经疾病等方面的重要工具，越来越受到人们广泛的关注，已成为当前重要的研究方向。
人们对微电极的应用，通常是将微电极植入动物或者患者体内，通过加载电信号来刺激或抑制神经活动，或者利用微电极将神经活动转换为电信号记录下来加以研究。由于作用目标的不同，各种基于微加工技术制作的微电极阵列得到了发展。其中，高密度、有序排列的三维微电极阵列可植入神经组织内，实现高密度的选择性刺激与记录，具有良好的应用前景。
当前，神经刺激器的微电极与刺激芯片通过导线连接，而当制作高密度微电极阵列时，随着刺激点数量的增加，连接微电极阵列内刺激点导线的数量不断上升，会导致布线宽度变大，手术植入开口需要增大，创伤面大。
目前三维微电极阵列的制作多采用MEMS工艺、在基底材料上生成微电极阵列的方法。加工过程比较复杂，成本很高，限制了该类型微电极的推广和使用。
为了解决上述问题，研究人员开始研究一种神经刺激器，并且改进神经刺激器的制作方法。
发明内容
为此，本发明所要解决的技术问题在于现有技术的神经刺激器，神经刺激器的微电极与刺激芯片通过导线连接，导致布线宽度大，手术植入开口大，创伤面大的问题，进而提出一种神经刺激器及其制作方法。
为解决上述技术问题，本发明提供了一种神经刺激器，包括基底，开设若干通孔；
微电极，若干个，用于刺激神经元；所述微电极通过填充通孔设置在基底上，漏出在基底一侧的为微电极的刺激部，另一侧为微电极的连接部；
刺激芯片，用于控制所述微电极向神经元发出刺激信号并接收反馈信号；所述微电极的连接部直接倒装焊接在刺激芯片上；
外壳，密封连接在基底上，与基底形成空腔，用于封装微电极的连接部和刺激芯片。
进一步地，所述刺激芯片上设有若干个接点，所述接点与所述微电极的连接部一一对应，且通过倒装焊接连接。
作为优选，所述通孔呈阵列式分布在所述基底上，以使若干个微电极在基底上排列成微电极阵列。尤其是对于高密度的微电极阵列，该产品更能有效体现出其节省空间，减小手术植入开口的优势。
进一步地，所述微电极通过在基底上电镀通孔加工而成，所述基底通过刻蚀一定厚度，露出微电极的刺激部和连接部。简化了目前常规的三维微电极阵列，过程简单，制作周期短。
进一步地，所述基底与外壳通过激光焊工艺进行封装。避免了引入封装试剂，从而对组织细胞产生不良影响。
作为优选，所述基底或基底与外壳的材质为具有良好生物相容性的玻璃。目前，通常用硅、聚酰亚胺和聚对二甲苯作为微电极基底材料，其中，聚酰亚胺和聚对二甲苯等材料具备柔性、生物相容性好等特点，但机械强度不够。硅材料等硬度过高，可能造成生理组织的损伤。而玻璃基底，尤其是具有良好生物相容性的玻璃基底，具有一定的柔韧性，良好的生物相容性，且具有良好的机械强度。
具体地，所述具有良好生物相容性的玻璃为硼硅玻璃或钠钙玻璃。
同时，本发明还公开了一种神经刺激器的制作方法，包括以下加工步骤：
(a)在基底上开设通孔；
(b)在基底的一侧溅射金属，形成金属膜，作为导电极；
(c)电镀通孔得到填充金属的微电极，然后对基底两侧进行刻蚀掉一定厚度，基底一侧漏出微电极的刺激部，另一侧漏出微电极的连接部；
(d)将微电极的连接部直接倒装焊接在刺激芯片上；
(e)外壳封装在基底上，将刺激芯片、微电极的连接部密封在外壳与基底形成的空腔内。
具体地，所述步骤(d)刺激芯片上设有若干个接点，所述微电极的连接部与刺激芯片的接点倒装焊接连接。
进一步地，所述步骤(a)开设通孔是通过激光打孔得到；所述步骤(e)将外壳通过激光焊工艺封装在基底上。
进一步地，所述步骤(b)一侧溅射金属的厚度为150～250nm，步骤(c)刻蚀掉一定厚度为40～70μm。
作为优选，所述基底或基底与外壳的材质为具有良好生物相容性的玻璃。
进一步地，所述具有良好生物相容性的玻璃为硼硅玻璃或钠钙玻璃。
进一步地，所述步骤(b)溅射金属材质为具有生物相容性金属；所述步骤(c)填充金属的微电极材质为具有生物相容性金属。
本发明的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：
(1)本发明的神经刺激器采用倒装焊接直接连接微电极与刺激芯片，避免了微电极与刺激芯片之间所需的连接导线，可将二者作为整体植入神经组织中，极大减少了神经刺激器植入过程中造成的组织损伤；尤其对于微电极阵列具有显著的效果。
(2)本发明采用激光打孔、电镀通孔等加工技术，简化了目前常规的三维微电极阵列，无需经过反复涂胶、光刻等步骤，过程简单，制作周期短。
(3)本发明的基底或基底与外壳采用具有良好的生物相容性玻璃，该材质具有一定的柔韧性，良好的机械强度，且可使刺激器植入后具有良好的生物相容性。
(4)本发明采用具有良好生物相容性的硼硅玻璃、钠钙玻璃作为基底或基底与外壳封装材质，可使刺激器植入后具有良好的生物相容性和稳定性。
(5)本发明采用激光焊的封装方式，无需胶黏剂或者玻璃粉将玻璃基底与外壳封装结合，避免了有机溶剂对组织细胞产生不良影响。
(6)本发明提供了一种神经刺激器的制作方法，该方法通过倒装焊工艺将微电极的连接部直接连接在刺激芯片上，该方法简单，制备出的产品避免使用导线，减少排线宽度，解决手术植入开口大，创伤面大的问题；该方法通过激光打孔、电镀通孔等加工技术，简化了目前常规的三维微电极阵列，过程简单，制作周期短，成本低，适合推广和广泛使用。可以更加有效的实现神经刺激或者神经活动信号采集。
附图说明
图1为神经刺激器示意图；
图2为微电极阵列区域示意图。
其中，1，基底；2，微电极；3，刺激芯片；4，外壳；5，固定孔；6，连接部；7，刺激部。
具体实施方式
实施例1
一种神经刺激器，如图1所示，包括基底1，开设若干通孔；
微电极2，若干个，用于刺激神经元；所述微电极2通过填充通孔设置在基底上，漏出在基底一侧的为微电极2的刺激部7，另一侧为微电极2的连接部6；
刺激芯片3，用于控制所述微电极2向神经元发出刺激信号并接收反馈信号；所述微电极2的连接部6直接倒装焊接在刺激芯片3上；
外壳4，密封连接在基底1上，与基底1形成空腔，用于封装微电极2的连接部6和刺激芯片3。
上述技术方案是本发明的核心技术方案，神经刺激器的微电极1与刺激芯片3通过倒装焊工艺连接，避免了使用连接微电极2与刺激芯片3的导线，减少了布线宽度大，避免了手术植入开口增大而造成的创伤面积大的问题。
具体而言，所述刺激芯片上设有若干个接点，所述接点与所述微电极的连接部6一一对应，且通过倒装焊接连接。
如图2所示，作为优选，所述通孔呈阵列式分布在所述基底1上，以使若干个微电极2在基底1上排列成微电极阵列。尤其是对于高密度的微电极阵列，该产品更能有效体现出其节省空间，减小手术植入开口的优势，本实施例中的微电极阵列为20*20，微电极2与芯片的接点一一对应连接。
进一步地，所述微电极2通过在基底1上电镀通孔加工而成，所述基底1通过刻蚀一定厚度，露出微电极2的刺激部7和连接部6。作为优选，刻蚀一定厚度为40～70μm。简化了目前常规的三维微电极阵列，过程简单，制作周期短。
进一步地，所述基底1与外壳4通过激光焊工艺进行封装。避免了引入封装试剂，从而对组织细胞产生不良影响。
进一步地，为了改善基底1材料的机械强度和柔韧性，本实施例中的基底1材质为具有良好生物相容性的玻璃，具作为优选本实施例的基底1材质为硼硅玻璃。
作为变形，所述基底材质还可以为钠钙玻璃。
进一步地，为了减少引入封装试剂，从而对组织细胞产生不良影响，所述基底1与外壳4通过激光焊接进行封装。
进一步地，在基底1两侧制有固定孔5，在神经刺激器植入过程中起到定位点的作用，植入后以固定钉将神经刺激器固定在神经组织表面。
实施例2
与实施例1不同之处在于，本实施例中基底1和外壳4的材质均为具有良好生物相容性玻璃，具作为优选本实施例的基底1和外壳4的材料为硼硅玻璃。作为变形，所述基底1和外壳4的材料还可以为钠钙玻璃。本实施例中微电极阵列为30*30。其他与实施例1相同。
详细如下，一种神经刺激器包括基底1，开设若干通孔；
微电极2，若干个，用于刺激神经元；所述微电极2通过填充通孔设置在基底上，漏出在基底一侧的为微电极2的刺激部7，另一侧为微电极2的连接部6；
刺激芯片3，用于控制所述微电极2向神经元发出刺激信号并接收反馈信号；所述微电极2的连接部6直接倒装焊接在刺激芯片3上；
外壳4，密封连接在基底1上，与基底1形成空腔，用于封装微电极2的连接部6和刺激芯片3。
具体而言，所述刺激芯片上设有若干个接点，所述接点与所述微电极2的连接部6倒装焊接连接。
作为优选，所述通孔呈阵列式分布在所述基底1上，以使若干个微电极2在基底1上排列成微电极阵列。尤其是对于高密度的微电极阵列，该产品更能有效体现出其节省空间，减小手术植入开口的优势，本实施例中的微电极阵列为30*30，微电极2与芯片的接点一一对应连接。
进一步地，所述微电极通过在基底1上电镀通孔加工而成，所述基底1通过刻蚀一定厚度，露出微电极2的刺激部7和连接部6。作为优选，刻蚀一定厚度为40～70μm。
进一步地，所述基底1与外壳4通过激光焊工艺进行封装。
进一步地，本实施例中的基底1材质为具有良好生物相容性的玻璃，具作为优选本实施例的基底1和外壳4的材料为硼硅玻璃。
作为变形，所述基底1和外壳4的材质还可以为钠钙玻璃。
进一步地，所述基底1与外壳4通过激光焊接进行封装。
进一步地，在基底1两侧制有固定孔5，在神经刺激器植入过程中起到定位点的作用，植入后以固定钉将神经刺激器固定在神经组织表面。
实施例3
与实施例1不同之处在于，本实施例中基底1材质为聚酰亚胺，其中本实施例的基底材质还可以为硅、聚对二甲苯。作为变形，本实施例的基底材质还可以为硅。其他与实施例1相同，在此不再赘述。
实施例4
一种神经刺激器，包括基底1，开设若干通孔；微电极2，若干个，用于刺激神经元；所述微电极2通过填充通孔设置在基底上，漏出在基底一侧的为微电极2的刺激部7，另一侧为微电极2的连接部6；刺激芯片3，用于控制所述微电极2向神经元发出刺激信号并接收反馈信号；所述微电极2的连接部6直接倒装焊接在刺激芯片3上；外壳4，密封连接在基底1上，与基底1形成空腔，用于封装微电极2的连接部6和刺激芯片3。
具体地，微电极2为若干根金属丝，插入到通孔，两端漏出部分金属丝，其中若干根金属丝的一端处于同一水平面，作为微电极2的连接部6；另一端作为微电极2的刺激部7；金属丝采用环氧树脂胶固定在基底1上。
具体而言，所述刺激芯片3上设有若干个接点，所述接点与所述微电极的连接部6倒装焊接连接。
实施例5
一种神经刺激器的制作方法，包括以下加工步骤：
(a)在基底上开设通孔；
(b)在基底的一侧溅射金属，形成金属膜，作为导电极；
(c)电镀通孔得到填充金属的微电极，然后对基底两侧进行刻蚀掉一定厚度，基底一侧漏出微电极的刺激部，另一侧漏出微电极的连接部；
(d)将微电极的连接部直接倒装焊接在刺激芯片上；
(e)外壳封装在基底上，将刺激芯片、微电极的连接部密封在外壳与基底形成的空腔内。
具体地，所述步骤(d)刺激芯片上设有若干个接点，所述微电极的连接部与刺激芯片的接点倒装焊接连接。
具体地，所述步骤(a)开设通孔是通过激光打孔得到；所述步骤(e)将外壳通过激光焊工艺封装在基底上。
具体地，所述步骤(a)基底的厚度为0.2～0.3mm，所述步骤(b)一侧溅射金属的厚度为150～250nm，步骤(c)刻蚀掉一定厚度为40～70μm。
作为优选，所述基底或基底与外壳的材质为具有良好生物相容性的玻璃。
进一步地，所述具有良好生物相容性的玻璃为硼硅玻璃，作为变形，也可以为钠钙玻璃。
进一步地，所述步骤(b)溅射金属材质为具有生物相容性金属；所述步骤(c)填充金属的微电极材质为具有生物相容性金属。
作为优选，所述步骤(b)溅射金属材质铂作为导电极，所述微电极材质为铂。作为变形，钨、钛、金、银、铱、钽、铌、锆等为具有生物相容性金属，可以作为导电极及微电极。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围。

Claims (12)

1.一种神经刺激器，其特征在于，包括
基底(1)，开设若干通孔；
微电极(2)，若干个，用于刺激神经元；所述微电极(2)通过填充通孔设置在基底上，漏出在基底一侧的为微电极(2)的刺激部(7)，另一侧为微电极(2)的连接部(6)；
刺激芯片(3)，用于控制所述微电极(2)向神经元发出刺激信号并接收反馈信号；所述刺 激芯片(3)上设有若干个接点，所述微电极(2)的连接部(6)直接倒装焊接在刺激芯片(3)的接点上；
外壳(4)，密封连接在基底(1)上，与基底(1)形成空腔，用于封装微电极(2)的连接部(6)和刺激芯片(3)；
所述微电极(2)通过在基底(1)上电镀通孔加工而成，所述基底(1)通过刻蚀一定厚度，露出微电极(2)的刺 激部(7)和连接部(6)。
2.根据权利要求1所述的神经刺激器，其特征在于，所述通孔呈阵列式分布在所述基底(1)上，以使若干个微电极(2)在基底(1)上排列成微电极阵列。
3.根据权利要求1所述的神经刺激器，其特征在于，所述外壳(4)通过激光焊接与基底(1)密封。
4.根据权利要求1或2或3所述的神经刺激器，其特征在于，所述基底(1)或基底(1)与外壳(4)的材质为具有良好生物相容性的玻璃。
5.根据权利要求4所述的神经刺激器，其特征在于，所述具有良好生物相容性的玻璃为硼硅玻璃或钠钙玻璃。
6.一种如权利要求1-5任一项所述的神经刺激器的制作方法，其特征在于：包括以下加工步骤：
(a)在基底上开设通孔；
(b)在基底的一侧溅射金属， 形成金属膜，作为导电极；
(c)电镀通孔得到填充金属的微电极，然后对基底两侧刻蚀掉一定厚度，基底一侧漏出微电极的刺激部，另一侧漏出微电极的连接部；
(d)将微电极的连接部直接倒装焊接在刺激芯片上；
(e)外壳封装在基底上，将刺激芯片、微电极的连接部密封在外壳与基底形成的空腔内。
7.根据权利要求6所述的神经刺激器的制作方法，其特征在于，所述步骤(d)中，刺激芯片上设有若干个接点，所述微电极的连接部与刺激芯片的接点倒装焊接连接。
8.根据权利要求6所述的神经刺激器的制作方法，其特征在于，所述步骤(a)中，通过激光打孔得到通孔；所述步骤(e)中，将外壳通过激光焊工艺封装在基底上。
9.根据权利要求6所述的神经刺激器的制作方法，其特征在于，所述步骤(b)中，一侧溅射金属的厚度为150～250nm，步骤(c)中，刻蚀掉一定厚度为40～70μm。
10.根据权利要求6所述的神经刺激器的制作方法，其特征在于，所述基底或基底与外壳的材质为具有良好生物相容性的玻璃。
11.根据权利要求10所述的神经刺 激器的制作方法，其特征在于，所述具有良好生物相容性的玻璃为硼 硅玻璃或钠 钙玻璃。
12.根据权利要求6所述的神经刺激器的制作方法，其特征在于，所述步骤(b)中，溅射金属的材质为具有生物相容性金属；所述步骤(c)中，填充金属的微电极的材质为具有生物相容性金属。
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Application publication date: 20160106

Assignee: HAGNZHOU WARM CARAMEL CORE ELECTRONIC TECHNOLOGY CO., LTD.

Assignor: WENZHOU BIOMEDICAL MATERIALS AND ENGINEERING RESEARCH INSTITUTE

Contract record no.: 2017330000112

Denomination of invention: Nerve stimulator and manufacturing method thereof

License type: Exclusive License

Record date: 20170731

GR01 Patent grant
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