CN106667475A - 一种植入式柔性神经微电极梳及其制备方法和植入方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种植入式柔性神经微电极梳及其制备方法和植入方法，所述柔性神经微电极梳主要由柔性衬底层、柔性绝缘层和设置于柔性衬底层和柔性绝缘层之间的金属连接线层组成；柔性神经微电极梳包括依次连接的梳齿状结构、网格结构、实心结构和焊盘；梳齿状结构上设有电极位点；焊盘上设有焊接点；金属连接线层由金属连接线组成，金属连接线连接电极位点和焊接点；电极位点和焊接点表面没有柔性绝缘层。本发明制备的柔性神经微电极梳具有线到网到面的渐变式结构，提高了形变过程中的力学稳定性。该植入式柔性神经微电极梳的力学性能与脑组织相匹配，植入面积小，不会引起大脑的炎症反应，可对脑电信号进行多点、长期稳定跟踪测量。

Description

一种植入式柔性神经微电极梳及其制备方法和植入方法
技术领域
本发明属于神经生物材料与微电子科学技术领域，涉及一种柔性神经微电极梳及其制备方法和植入方法，尤其涉及一种植入式柔性神经微电极梳及其制备方法和植入方法。
背景技术
神经微电极是连接神经组织与外部设备的关键部件，在神经系统疾病辅助治疗及认知行为方面具有广泛的应用前景。神经微电极的好坏直接决定了神经活动记录系统或神经功能重建系统可达到的极限性能，一个理想的植入式神经电极需要满足以下几个特点：尽可能小的植入损伤、有效的记录和刺激、良好的生物相容性和长期的稳定性等。
目前，应用最广的植入式神经微电极为硅基刚性神经微电极，刚性神经微电极的机械性能与大脑不匹配，易在大脑中发生微移动，引起大脑的炎症反应，并且胶质细胞易包附在刚性神经电极的周围，引起电极的失效。对比刚性神经微电极，柔性微电极则可与脑神经细胞紧密的包附在一起，并可随大脑发生移动，降低炎症反应。因此，发展柔性的、可与大脑力学性能相匹配的可植入式柔性神经微电极是现今需要解决的问题。
柔性微电极由于机械强度与大脑相匹配，但是由于刚度不够，不易植入大脑的内部，因此需要研究针对超薄柔性神经电极植入大脑深部的方法。另一方面，如何减小神经电极的植入面积，减小植入过程对脑组织的损伤，同时提供多个电极检测位点，是亟需解决的问题。
发明内容
针对上述现有技术中的问题，本发明提供了一种植入式柔性神经微电极梳及其制备方法和植入方法。本发明采用良好生物相容性的柔性材料作为衬底和绝缘层，制备了前端为梳齿状结构，中间为网格结构和实心结构，后端为具有焊接点的焊盘的柔性神经微电极梳。前端梳齿状结构上有用于脑神经检测的电极位点，线、网和面的结构提高了柔性电极在形变过程中的力学稳定性。该植入式神经微电极梳在液体的表面张力作用下，会自动卷曲为针状结构，从而大大减小在脑组织中的植入面积。该植入式柔性神经微电极梳的力学性能与脑组织匹配，可实现对脑电信号进行多点、长效稳定跟踪测量。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
第一方面，本发明提供了一种植入式柔性神经微电极梳，所述植入式柔性神经微电极梳主要由柔性衬底层、柔性绝缘层和设置于柔性衬底层和柔性绝缘层之间的金属连接线层组成。
所述植入式柔性神经微电极梳包括依次连接的梳齿状结构、网格结构、实心结构和焊盘；所述梳齿状结构上设有电极位点；所述焊盘上设有焊接点。
所述金属连接线层由金属连接线组成，金属连接线连接电极位点和焊接点。
所述电极位点和焊接点表面没有柔性绝缘层，而金属连接线表面则覆有柔性绝缘层。
本发明中，所述柔性衬底层、柔性绝缘层和设置于柔性衬底层和柔性绝缘层之间的金属连接线层形成一个包夹式的三明治结构。
本发明所述植入式柔性神经微电极梳具有独特的线-网-面结构，形成了针状到平面的过渡结构，其梳齿状结构在水中会漂浮在水面上；置于空气中，在毛细作用下会形成针状，经固化后有利于神经微电极梳的植入；其网格结构在卷曲作用力下会卷成滚筒或半滚筒状，植入后可与大脑进行良好的贴合。
以下作为本发明优选的技术方案，但不作为本发明提供的技术方案的限制，通过以下技术方案，可以更好的达到和实现本发明的技术目的和有益效果。
作为本发明优选的技术方案，所述柔性衬底层与金属连接线层之间设有粘附层。
优选地，所述粘附层所用材料为铬。
优选地，所述粘附层的厚度为1nm～100nm，例如1nm、5nm、10nm、20nm、30nm、40nm、50nm、60nm、70nm、80nm、90nm或100nm等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用，优选为5nm。
优选地，所述柔性衬底层所用材料为SU-8光刻胶、聚对二甲苯或聚酰亚胺中任意一种或至少两种的组合，所述组合典型但非限制性实例有：SU-8光刻胶和聚对二甲苯的组合，聚对二甲苯和聚酰亚胺的组合，SU-8光刻胶、聚对二甲苯和聚酰亚胺的组合等。
优选地，所述柔性衬底层的厚度为1μm～20μm，例如1μm、2μm、3μm、4μm、5μm、10μm、13μm、15μm、17μm或20μm等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用，优选为5μm。
优选地，所述柔性绝缘层所用材料为SU-8光刻胶、聚对二甲苯或聚酰亚胺中任意一种或至少两种的组合，所述组合典型但非限制性实例有：SU-8光刻胶和聚对二甲苯的组合，聚对二甲苯和聚酰亚胺的组合，SU-8光刻胶、聚对二甲苯和聚酰亚胺的组合等。
优选地，所述柔性绝缘层的厚度为1μm～20μm，例如1μm、2μm、3μm、4μm、5μm、10μm、13μm、15μm、17μm或20μm等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用，优选为5μm。
本发明中，所述柔性衬底层和柔性绝缘层均采用具有良好生物相容性和机械弹性的柔性材料。
优选地，所述金属连接线层中金属连接线的材料为金、铂或铱中任意一种或至少两种的组合，所述组合典型但非限制性实例有：金和铂的组合，铂和铱的组合，金、铂和铱的组合等。所述金属连接线所用材料并不限于金、铂或铱，其他可达到相同传导性能的金属同样适用于本发明。
优选地，所述金属连接线层的厚度为10nm～1000nm，例如10nm、50nm、100nm、300nm、500nm、800nm或1000nm等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用，优选为100nm。
优选地，所述金属连接线层中金属连接线的线宽为1μm～50μm，例如1μm、5μm、10μm、20μm、30μm、40μm或50μm等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用，优选为10μm。
作为本发明优选的技术方案，所述梳齿状结构的梳齿个数为1个～1000个，例如1个、10个、50个、100个、300个、500个、700个或1000个等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用，优选为16个。
优选地，所述梳齿状结构的每一个梳齿上设有电极位点。
优选地，所述梳齿状结构上电极位点的个数为1个～1000个，例如1个、10个、50个、100个、300个、500个、700个或1000个等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用，优选为16个。
本发明中，所述电极位点用于神经电信号刺激或记录，这些电极位点组成了电极阵列，每列上有一个或多个神经电极位点，整齐排布或间隔分散在衬底的梳状前端(如图3(a)和图3(b)所示)。
优选地，所述电极位点包括电极衬底和位于电极衬底中心处的电极。
优选地，所述电极衬底为圆形，其直径为1μm～200μm，例如1μm、10μm、30μm、50μm、100μm、130μm、150μm、170μm或200μm等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用，优选为40μm。
优选地，所述电极为圆形，其直径为1μm～100μm，例如1μm、5μm、10μm、30μm、50μm、70μm或100μm等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用，优选为20μm。
作为本发明优选的技术方案，所述植入式柔性神经微电极梳中梳齿状结构、网格结构和实心结构的整体长度为1mm～5cm，例如1mm、5mm、1cm、2cm、3cm、4cm、或5cm等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用，优选为1cm或2cm。
本发明中，所述柔性神经微电极梳的尺寸可根据实际应用的需要进行调整，以满足不同大脑的检测需求，并不限于上述所列尺寸。
优选地，所述梳齿状结构的长度为1mm～5cm，例如1mm、3mm、5mm、1cm、2cm、3cm、4cm或5cm等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用，优选为1mm、3mm或5mm。
本发明中，所述柔性神经微电极梳中梳齿状结构可形成长度不同的微针。
优选地，所述梳齿状结构中梳齿的宽度为1μm～200μm，例如1μm、10μm、20μm、50μm、100μm、150μm或200μm等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用，优选为20μm。
优选地，所述实心结构的长度为1mm～1cm，例如1mm、3mm、5mm、7mm或1cm等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用；宽度为1mm～5cm，例如1mm、3mm、5mm、7mm、1cm、2cm、3cm、4cm或5cm等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，所述网格结构随梳齿状结构的变化而变化。
优选地，所述网格结构中纵向支撑条的宽度为1μm～100μm，例如1μm、10μm、20μm、30μm、40μm、50μm、60μm、70μm、80μm、90μm或100μm等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用，优选为50μm。
优选地，所述焊盘的尺寸为(0.1～4)mm×(0.1～4)mm，例如0.1mm×0.1mm、0.2mm×0.1mm、1mm×2mm、3.5mm×3.5mm、3.7mm×4mm、4mm×4mm或4mm×3.7mm等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，所述焊盘上焊接点的大小为(100～2000)μm×(100～2000)μm，例如100μm×100μm、200μm×100μm、300μm×400μm、400μm×400μm、600μm×800μm、1000μm×1000μm、1300μm×1500μm、1500μm×1700μm或2000μm×2000μm等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用，优选为400μm×400μm。
作为本发明优选的技术方案，所述网格结构为纵向渐变式网格结构、横向渐变式网格结构、均匀网格结构或纵向偏离角度为45度的网格结构中任意一种或至少两种结构的组合。
本发明中，所述纵向偏离角度是指纵向支撑条偏离矩形的角度。
优选地，所述纵向渐变式网格结构包括横向网格条和纵向支撑条，所述纵向支撑条之间的距离依次递增(如图5所示)。
优选地，所述纵向渐变式网格结构包括横向网格条和纵向支撑条，所述纵向支撑条之间的距离向梳齿状结构一侧依次递增。
优选地，所述纵向支撑条之间的距离以1μm～100μm的距离依次递增，例如1μm、5μm、10μm、30μm、50μm、70μm或100μm等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用，优选为10μm。
优选地，所述横向渐变式网格结构包括横向网格条和纵向支撑条，所述横向网格条的宽度从实心结构向梳齿状结构逐渐递减(如图6所示)。
优选地，所述横向渐变式网格结构包括横向网格条和纵向支撑条，所述横向网格条的宽度逐渐递减至1μm～200μm，例如1μm、5μm、10μm、30μm、50μm、70μm、100μm、130μm、150μm、170μm或200μm等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用，优选为10或30μm。
优选地，所述均匀网格结构包括横向网格条和纵向支撑条，所述纵向支撑条之间的距离相等(如图7所示)，纵向支撑条之间的间距为10μm～1000μm，例如10μm、30μm、50μm、70μm、100μm、300μm、500μm、700μm或1000μm等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用，优选为500μm。
优选地，所述均匀网格结构包括横向网格条和纵向支撑条，所述横向网格条之间的距离相等，横向网格条之间的间距为10μm～1000μm，例如10μm、30μm、50μm、70μm、100μm、300μm、500μm、700μm或1000μm等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用，优选为200μm。
第二方面，本发明提供了上述植入式柔性神经微电极梳的制备方法，所述方法包括以下步骤：
(1)在载体上旋涂正性光刻胶，前烘，光刻出标记图形，留出焊盘位置用光刻胶进行保护，后烘坚膜，去除残胶；
(2)在步骤(1)处理后得到的载体上蒸镀或溅射牺牲层，剥离形成牺牲层和标记图形；
(3)在步骤(2)中形成牺牲层和标记图形的载体一侧旋涂柔性衬底材料，依次经前烘、曝光、后烘和显影处理，形成柔性衬底层，180℃下高温坚膜；
(4)在步骤(3)所形成的柔性衬底层上旋涂正性光刻胶，经前烘、曝光和显影处理形成图形化的电极位点、连接线和焊接点，再用电子束或热蒸镀形成粘附层；
(5)在步骤(4)形成的粘附层上用电子束或热蒸镀形成金属层，然后经剥离处理制备出电极位点、连接线和焊接点；
(6)在步骤(5)形成了电极位点、连接线和焊接点后的金属层上旋涂柔性绝缘材料，经前烘、曝光、后烘和显影处理，暴露出电极位点和焊接点，180℃下高温坚膜；
(7)将步骤(6)制备的柔性微电极梳放置于去除牺牲层溶液中，释放出柔性微电极梳；
(8)对步骤(7)得到的柔性微电极梳进行划片，得到最终产品。
上述各步骤中所述的旋涂、前烘、光刻、后烘坚膜、去除残胶、电子束或热蒸镀以及剥离等过程为微纳加工领域常规技术手段，故具体操作过程不再赘述。
作为本发明优选的技术方案，步骤(1)中在经过预处理后的载体上悬涂正性光刻胶。
优选地，所述预处理为：将载体用丙酮和水进行清洗，然后烘干，再用氧等离子体进行清洗。其中，所述烘干目的在于去除载体表面的水分。
优选地，所述载体为硅片和/或玻璃片。
优选地，步骤(1)中所述正性光刻胶为S1813和/或AZ1500正性光刻胶。
优选地，步骤(1)中所述去除残胶采用氧等离子体进行去除。
作为本发明优选的技术方案，步骤(2)中所述牺牲层的厚度为10nm～1000nm，例如10nm、30nm、50nm、70nm、100nm、300nm、500nm、700nm或1000nm等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用，优选为100nm。
优选地，步骤(2)中所述牺牲层为铝层和/或镍层。
优选地，步骤(3)中所述柔性衬底材料为SU-8光刻胶、聚对二甲苯或聚酰亚胺中任意一种或至少两种的组合，所述组合典型但非限制性实例有：SU-8光刻胶和聚对二甲苯的组合，聚对二甲苯和聚酰亚胺的组合，SU-8光刻胶、聚对二甲苯和聚酰亚胺的组合等。
优选地，步骤(3)中所述柔性衬底层的厚度为1μm～20μm，例如1μm、2μm、3μm、4μm、5μm、10μm、15μm或20μm等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用，优选为5μm。
优选地，步骤(4)中所述正性光刻胶为S1813和/或AZ1500正性光刻胶。
优选地，步骤(4)中所述粘附层为Cr层。
优选地，步骤(4)中所述粘附层的厚度为1nm～100nm，例如1nm、5nm、10nm、30nm、50nm、70nm或100nm等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用，优选为5nm。
优选地，步骤(5)中所述金属层的材料为金、铂或铱中任意一种或至少两种的组合，所述组合典型但非限制性实例有：金和铂的组合，铂和铱的组合，金、铂和铱的组合等。所述金属连接线所用材料并不限于金、铂或铱，其他可达到相同传导性能的金属同样适用于本发明。
优选地，步骤(5)中所述金属层的厚度为10nm～1000nm，例如10nm、50nm、100nm、300nm、500nm、800nm或1000nm等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用，优选为100nm。
优选地，步骤(6)中所述柔性绝缘材料为SU-8光刻胶、聚对二甲苯或聚酰亚胺中任意一种或至少两种的组合，所述组合典型但非限制性实例有：SU-8光刻胶和聚对二甲苯的组合，聚对二甲苯和聚酰亚胺的组合，SU-8光刻胶、聚对二甲苯和聚酰亚胺的组合等。
优选地，步骤(6)中所述柔性绝缘材料层的厚度为1μm～20μm，例如1μm、2μm、3μm、4μm、5μm、10μm、15μm或20μm等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用，优选为5μm。
优选地，步骤(6)中所述去除牺牲层为：对牺牲层进行腐蚀。
优选地，所述腐蚀过程采用三氯化铁和/或盐酸溶液。
第三方面，本发明提供了上述植入式柔性神经微电极梳的植入方法，所述植入方法包括以下步骤：
(1)柔性神经微电极梳在液体(如水)的表面张力作用下，自发卷曲成针状结构；
(2)用固化材料对步骤(1)中所述柔性神经微电极梳进行固化处理；
(3)用环氧树脂胶对固化后的柔性神经微电极梳与载体交界处进行固化；
(4)将步骤(2)处理后的柔性神经微电极梳刺入生物组织后，清洗处理未植入生物组织的部分完成植入过程。
本发明中，当柔性神经微电极梳刺入生物组织后，固化材料会遇到液体溶解。
作为本发明优选的技术方案，步骤(2)中所述固化材料为聚乙二醇。
本发明所用固化材料为可在生物体内溶解或生物降解的材料，且其固化后硬度需满足柔性电极的植入要求。同时，由于所用固化材料具有良好的生物兼容性，不会引起大脑的排异反应；并且，所用固化材料具有较好的水溶性，会在大脑组织中分解释放出柔性电极。
优选地，所述聚乙二醇的分子量为1000～4000，例如1000、1500、2000、2500、3000、3500或4000等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用，优选为2000。
优选地，步骤(2)中所述固化处理为：将溶化后的固化材料涂覆在柔性神经微电极梳的表面进行固化。
优选地，步骤(4)中所述清洗处理为：用脑脊液清洗处理。
本发明中，对柔性神经微电极梳进行固化处理目的在于提高电极的柔性神经微电极梳的硬度；用环氧树脂胶对固化后的柔性神经微电极梳与载体交界处进行固化目的在于，避免柔性植入式柔性神经微电极梳与硅基底交界处发生断裂。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
(1)本发明所述的植入式柔性神经微电极梳与常规的二维平面神经电极不同，柔性神经微电极梳的梳齿状结构的每一个梳齿上设有电极位点，这些电极位点组成了电极阵列，每一列均可随脑组织自由运动；并且该植入式柔性神经微电极梳在液体的表面张力作用下，会自动卷曲为针状结构，从而大大减小在脑组织中的植入面积；
(2)本发明所述的植入式柔性神经微电极梳具有独特的线到网到面的渐变式结构，可提高柔性电极在形变过程中的力学稳定性；
(3)本发明所述的植入式柔性神经微电极梳的力学性能与脑组织相匹配，不会引起大脑的炎症反应，可对脑电信号进行多点、长期稳定跟踪测量；
(4)本发明所述的植入式柔性神经微电极梳经固化材料固化后，其机械强度可显著提高，在植入大脑后，由于所用固化材料和大脑具有良好的生物兼容性，不会引起大脑的排异反应；而且所用固化材料具有较好的水溶性，会在大脑组织中分解释放出柔性电极。
附图说明
图1是本发明所述植入式柔性神经微电极梳的分层示意图；
图2是本发明所述植入式柔性神经微电极梳的整体结构示意图；
图3(a)是本发明所述植入式柔性神经微电极梳的梳齿状结构中电极位点间隔分散排布示意图；
图3(b)是本发明所述植入式柔性神经微电极梳的梳齿状结构中电极位点整齐排布示意图；
图4是本发明所述植入式柔性神经微电极梳的制备方法的工艺流程图；
图5是本发明所述植入式柔性神经微电极梳的网格结构中纵向渐变式网格结构示意图；
图6是本发明所述植入式柔性神经微电极梳的网格结构中横向渐变式网格结构示意图；
图7是本发明所述植入式柔性神经微电极梳的网格结构中均匀网格结构示意图；
图8(a)是本发明实施例1中所述植入式柔性神经微电极梳在水中形态；
图8(b)是本发明实施例1中所述植入式柔性神经微电极梳在空气中形态；
图9(a)是本发明实施例2中所述植入式柔性神经微电极梳在水中形态；
图9(b)是本发明实施例2中所述植入式柔性神经微电极梳在空气中形态；
图10(a)是本发明实施例5中固化后植入式柔性神经微电极梳的示意图；
图10(b)是本发明实施例5中固化后植入式柔性神经微电极梳的示意图；
图11是本发明实施例5中固化后植入式柔性神经微电极梳在小鼠大脑的植入过程示意图；
其中，1-柔性衬底层，2-柔性绝缘层，3-金属连接线层，4-梳齿状结构，5-网格结构，6-实心结构，7-焊盘，8-电极位点，9-载体，10-正性光刻胶，11-铝层，12-柔性材料，13-金属层。
具体实施方式
为更好地说明本发明，便于理解本发明的技术方案，下面对本发明进一步详细说明。但下述的实施例仅仅是本发明的简易例子，并不代表或限制本发明的权利保护范围，本发明保护范围以权利要求书为准。
本发明具体实施例部分提供了一种植入式柔性神经微电极梳，如图1所示，所述柔性神经微电极梳主要由柔性衬底层1、柔性绝缘层2和设置于柔性衬底层和柔性绝缘层之间的金属连接线层3组成。
如图2所示，所述柔性神经微电极梳包括依次连接的梳齿状结构4、网格结构5、实心结构6和焊盘7；所述梳齿状结构4上设有电极位点8(如图3(a)和图3(b)所示)；所述焊盘7上设有焊接点。
所述金属连接线层由金属连接线组成，金属连接线连接电极位点和焊接点。
所述电极位点和焊接点表面没有柔性绝缘层。
本发明具体实施例部分提供了所述植入式柔性神经微电极梳的制备方法，如图4所示，其制备方法包括以下步骤：
(1)在载体上旋涂正性光刻胶，前烘，光刻出标记图形，留出焊盘位置用光刻胶进行保护，后烘坚膜，去除残胶；
(2)在步骤(1)处理后得到的载体上蒸镀或溅射牺牲层，剥离形成牺牲层和标记图形；
(3)在步骤(2)中形成了铝牺牲层和标记图形的载体一侧旋涂柔性衬底材料，依次经前烘、曝光、后烘和显影处理，形成柔性衬底层，180℃下高温坚膜；
(4)在步骤(3)所形成的柔性衬底层上旋涂正性光刻胶，经前烘、曝光和显影处理形成图形化的电极位点、连接线和焊接点，再用电子束或热蒸镀形成粘附层；
(5)在步骤(4)形成的粘附层上用电子束或热蒸镀形成金属层，然后经剥离处理制备出电极位点、连接线和焊接点；
(6)在步骤(5)形成了电极位点、连接线和焊接点后的金属层上旋涂柔性绝缘材料，经前烘、曝光、后烘和显影处理，暴露出电极位点和焊接点，180℃下高温坚膜；
(7)将步骤(6)得到的柔性微电极梳放置于去除牺牲层的溶液中，释放出柔性微电极梳；
(8)对步骤(7)得到的柔性微电极梳进行划片，得到最终产品。
本发明具体实施例部分提供了所述植入式柔性神经微电极梳的植入方法，所述植入方法包括以下步骤：
(1)柔性神经微电极梳在液体(如水)的表面张力作用下，自发卷曲成针状结构；
(2)用固化材料对步骤(1)中所述柔性神经微电极梳进行固化处理；
(3)用环氧树脂胶对固化后的柔性神经微电极梳与载体交界处进行固化；
(4)将步骤(2)处理后的柔性神经微电极梳刺入生物组织后，清洗处理未植入生物组织的部分，完成植入过程。
以下为本发明典型但非限制性实施例：
实施例1：
本实施例提供了一种植入式柔性神经微电极梳，所述柔性神经微电极梳主要由柔性衬底层1、柔性绝缘层2和设置于柔性衬底层1和柔性绝缘层2之间的金属Au连接线层3组成，其中柔性衬底层1和柔性绝缘层2所用材料为SU-8光刻胶，所述柔性衬底层1和柔性绝缘层2的厚度均为5μm，金属Au连接线层3的厚度为100nm。
所述柔性神经微电极梳包括依次连接的梳齿状结构4、网格结构5、实心结构6和焊盘7；所述梳齿状结构4上设有电极位点8；所述焊盘7上设有焊接点。
所述金属Au连接线层3由金属Au连接线组成，金属Au连接线的线宽为10μm，金属Au连接线连接电极位点8和焊接点；所述电极位点8和焊接点表面没有柔性绝缘层2；所述柔性衬底层1与金属连接线层3之间设有粘附层。
所述梳齿状结构4的每一个梳齿上设有电极位点8，共有16个电极位点，这些电极位点组成了电极阵列，整齐排布每一个梳齿上，如图3(b)所示。
所述电极位点8包括电极衬底和位于电极衬底中心处的电极，电极衬底为圆形，其直径为40μm，电极为圆形，其直径为20μm。
所述柔性神经微电极梳中梳齿状结构4、网格结构5和实心结构6的整体长度为1cm，其中梳齿状结构4的长度为3mm，梳齿的宽度为20μm；实心结构6的长度为0.5cm，宽度为3mm；网格结构5中纵向支撑条的宽度为50μm；焊盘7的尺寸为3.5μm×4μm，焊盘7上焊接点的大小为400μm×400μm。
所述网格结构6为纵向渐变式网格结构如图5所示，该纵向渐变式网格结构包括横向网格条和纵向支撑条，所述纵向支撑条之间的距离向梳齿状结构4一侧以10μm的间距依次递增。
本实施例所述的柔性神经微电极梳在水中会漂浮在水面上，如图8(a)所示，置于空气中，在毛细作用下会形成针状；其网格结构5在卷曲作用力下会卷成半滚筒状，如图8(b)所示。
本实施例所述的植入式柔性神经微电极梳与外界的连接有一个过渡，其中网格结构可与大脑较好的长效贴合，并可减小电极使用过程中引起的变化，极大的提高电极使用效率；同时，该植入式柔性神经微电极梳具有独特的线到网到面的独特结构，形成了针状到平面的过渡结构，可有效降低植入过程对神经细胞的损伤，保证电极工作的长期稳定性。
实施例2：
本实施例提供了一种柔性神经微电极梳，所述柔性神经微电极梳主要由柔性衬底层1、柔性绝缘层2和设置于柔性衬底层1和柔性绝缘层2之间的金属铂连接线层3组成，其中柔性衬底层1和柔性绝缘层2所用材料为SU-8，所述柔性衬底层1和柔性绝缘层2的厚度均为5μm，金属铂连接线层3的厚度为100nm。
所述柔性神经微电极梳包括依次连接的梳齿状结构4、网格结构5、实心结构6和焊盘7；所述梳齿状结构4上设有电极位点8；所述焊盘7上设有焊接点。
所述金属铂连接线层3由金属铂连接线组成，金属铂连接线的线宽为5μm，金属铂连接线连接电极位点8和焊接点；所述电极位点8和焊接点表面没有柔性绝缘层2；所述柔性衬底层1与金属连接线层3之间设有粘附层。
所述梳齿状结构4的每一个梳齿上设有电极位点8，共有16个电极位点，这些电极位点组成了电极阵列，分散排布每一个梳齿上，如图3(a)所示。
所述电极位点8包括电极衬底和位于电极衬底中心处的电极，电极衬底为圆形，其直径为40μm，电极为圆形，其直径为20μm。
所述柔性神经微电极梳中梳齿状结构4、网格结构5和实心结构6的整体长度为2cm，其中梳齿状结构4的长度为3mm，梳齿的宽度为20μm；实心结构6的长度为1cm，宽度为3mm；网格结构5中纵向支撑条的宽度为50μm；焊盘7的尺寸为3.5μm×4μm，焊盘7上焊接点的大小为400μm×400μm。
所述网格结构5为均匀网格结构(如图7所示)，所述均匀网格结构包括横向网格条和纵向支撑条，横向网格条之间的间距为200μm，纵向支撑条之间的间距为500μm。
本实施例所述的柔性神经微电极梳在水中会漂浮在水面上，如图9(a)所示，置于空气中，在毛细作用下会形成针状；其网格结构在卷曲作用力下会卷成滚筒状，如图9(b)所示。
本实施例所述的植入式柔性神经微电极梳与外界的连接有一个过渡，其中网格结构可与大脑较好的长效贴合，并可减小电极使用过程中引起的变化，极大的提高电极使用效率；同时，该植入式柔性神经微电极梳具有独特的线到网到面的独特结构，形成了针状到平面的过渡结构，可有效降低植入过程对神经细胞的损伤，保证电极工作的长期稳定性。
实施例3：
本实施例提供了一种柔性神经微电极梳，所述柔性神经微电极梳中除了柔性衬底层1和柔性绝缘层2所用材料为聚酰亚胺，金属连接线层3中金属连接线的材料为铱，柔性衬底层1和柔性绝缘层2的厚度均为8μm，金属铱连接线层的厚度为100nm，金属铂连接线的线宽为20μm，电极位点8中电极衬底的直径为50μm，电极位点8中电极的直径为30μm，梳齿状结构4的长度为5mm，梳齿的宽度为40μm；网格结构5中纵向支撑条的宽度为100μm，所述网格结构5为横向渐变式网格结构(如图6所示)，所述横向渐变式网格结构包括横向网格条和纵向支撑条，所述横向网格条之间的距离向实心结构6一侧的间距逐渐递减至30μm，其他结构均与实施例2中的结构相同。
本实施例所述的柔性神经微电极梳在水中会漂浮在水面上，置于空气中，在毛细作用下会形成针状；其网格结构在卷曲作用力下会卷成滚筒状。
本实施例所述的植入式柔性神经微电极梳与外界的连接有一个过渡，其中网格结构可与大脑较好的长效贴合，并可减小电极使用过程中引起的变化，极大的提高电极使用效率；同时，该植入式柔性神经微电极梳具有独特的线-网-面结构，形成了针状到平面的过渡结构，可有效降低植入过程对神经细胞的损伤，保证电极工作的长期稳定性。
实施例4：
本实施例提供了上述柔性神经微电极梳的制备方法，所述方法包括以下步骤：
(1)将载体硅片9用丙酮和水进行清洗，然后烘干，再用氧等离子体进行清洗，载体上硅片9旋涂S1813正性光刻胶10，前烘，光刻出标记图形，留出焊盘位置用光刻胶进行保护，后烘坚膜，采用氧等离子体去除残胶；
(2)在步骤(1)处理后得到的载体9上用电子束蒸镀100nm铝层11，剥离形成铝牺牲层和标记图形；
(3)在步骤(2)中形成了铝牺牲层和标记图形的载体一侧旋涂柔性材料12，依次经前烘、曝光、后烘和显影处理，形成柔性衬底层，180℃下高温坚膜；
(4)在步骤(3)所形成的柔性衬底层上旋涂S1813正性光刻胶10，经前烘、曝光和显影处理形成图形化的电极位点、连接线和焊接点，再用电子束蒸镀形成5nm的Cr粘附层；
(5)在步骤(4)形成的粘附层上用电子束蒸镀形成金属层13，然后经剥离处理制备出电极位点、连接线和焊接点；
(6)在步骤(5)形成了电极位点、连接线和焊接点后的金属层13上旋涂柔性材料12，经前烘、曝光、后烘和显影处理，暴露出电极位点和焊接点，制备柔性绝缘层，180℃下高温坚膜，再采用三氯化铁溶液去除铝牺牲层，释放出柔性微电极梳；
(7)对步骤(6)得到的柔性微电极梳进行划片，得到最终产品。
实施例5：
本实施例提供了上述柔性神经微电极梳的植入方法，所述方法包括以下步骤：
(1)将溶化后的分子量为2000的聚乙二醇涂覆在柔性神经微电极梳的表面进行固化处理，使柔性神经微电极梳的梳齿状结构形成针状；
(2)用环氧树脂胶对固化后的柔性神经微电极梳与载体交界处进行固化；
(3)将步骤(2)处理后的柔性神经微电极梳刺入小鼠大脑后，用脑脊液清洗处理未植入部分，完成植入过程。
本实施例中柔性神经微电极梳经固化后，其形态如图10(a)和图10(b)所示，其机械强度得到显著提高。植入后，由于聚乙二醇和大脑具有良好的生物兼容性，不会引起大脑的排异反应，而且聚乙二醇具有较好的水溶性，会在大脑组织中分解释放出柔性电极。柔性神经电极梳在小鼠大脑的植入过程如图11。
对比例1：
本对比例提供了一种柔性神经微电极，所述柔性神经微电极梳除了将梳齿状结构4替换为为平面结构，即没有梳齿状结构外，其他结构均与实施例2中的结构相同。
本对比例所述柔性神经微电极由于不具有梳齿状结构，因而其不会形成针状，在植入大脑时易对神经细胞造成损伤。
对比例2：
本对比例提供了一种柔性神经微电极，所述柔性神经微电极梳除了不具有网格结构5外，其他结构均与实施例2中的结构相同。
本对比例所述柔性神经微电极由于不具有网格结构，其弹性较差，且与大脑的贴合度较差，在使用过程中电极易发生变化，电极使用效率低。
综合实施例1-5和对比例1-2的结果可以看出，本发明所述的植入式柔性神经微电极梳与常规的二维平面神经电极不同，柔性神经微电极梳的梳齿状结构的每一个梳齿上设有电极位点，这些电极位点组成了电极阵列，每一列均可随脑组织自由运动；并且该植入式柔性神经微电极梳在液体的表面张力作用下，会自动卷曲为针状结构，从而大大减小在脑组织中的植入面积。所述的植入式柔性神经微电极梳具有独特的线到网到面的渐变式结构，提高了柔性电极在形变过程中的力学稳定性。
所述的植入式柔性神经微电极梳的力学性能与脑组织相匹配，不会引起大脑的炎症反应，可对脑电信号进行多点、长期稳定跟踪测量。所述的植入式柔性神经微电极梳经固化材料固化后，其机械强度可显著提高，在植入大脑后，由于所用固化材料和大脑具有良好的生物兼容性，不会引起大脑的排异反应；而且所用固化材料具有较好的水溶性，会在大脑组织中分解释放出柔性电极。
申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的详细方法，但本发明并不局限于上述详细方法，即不意味着本发明必须依赖上述详细方法才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明产品各原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。

Claims (10)

1.一种植入式柔性神经微电极梳，其特征在于，所述植入式柔性神经微电极梳主要由柔性衬底层(1)、柔性绝缘层(2)和设置于柔性衬底层(1)和柔性绝缘层(2)之间的金属连接线层(3)组成；
所述植入式柔性神经微电极梳包括依次连接的梳齿状结构(4)、网格结构(5)、实心结构(6)和焊盘(7)；所述梳齿状结构(4)上设有电极位点(8)；所述焊盘(7)上设有焊接点；
所述金属连接线层(3)由金属连接线组成，金属连接线连接电极位点和焊接点；
所述电极位点和焊接点表面没有柔性绝缘层(2)。
2.根据权利要求1所述的植入式柔性神经微电极梳，其特征在于，所述柔性衬底层(1)与金属连接线层(3)之间设有粘附层；
优选地，所述粘附层所用材料为铬；
优选地，所述粘附层的厚度为1nm～100nm，优选为5nm；
优选地，所述柔性衬底层(1)所用材料为SU-8光刻胶、聚对二甲苯或聚酰亚胺中任意一种或至少两种的组合；
优选地，所述柔性衬底层(1)的厚度为1μm～20μm，优选为5μm；
优选地，所述柔性绝缘层(2)所用材料为SU-8光刻胶、聚对二甲苯或聚酰亚胺中任意一种或至少两种的组合；
优选地，所述柔性绝缘层(2)的厚度为1μm～20μm，优选为5μm；
优选地，所述金属连接线层(3)中金属连接线的材料为金、铂或铱中任意一种或至少两种的组合；
优选地，所述金属连接线层(3)的厚度为10nm～1000nm，优选为100nm；
优选地，所述金属连接线层(3)中金属连接线的线宽为1μm～50μm，优选为10μm。
3.根据权利要求1或2所述的植入式柔性神经微电极梳，其特征在于，所述梳齿状结构(4)的梳齿个数为1个～1000个，优选为16个；
优选地，所述梳齿状结构(4)的每一个梳齿上设有电极位点(8)；
优选地，所述梳齿状结构(4)上电极位点的个数为1～1000个，优选为16个；
优选地，所述电极位点(8)包括电极衬底和位于电极衬底中心处的电极；
优选地，所述电极衬底为圆形，其直径为1μm～200μm，优选为40μm；
优选地，所述电极为圆形，其直径为1μm～100μm，优选为20μm。
4.根据权利要求1-3任一项所述的植入式柔性神经微电极梳，其特征在于，所述植入式柔性神经微电极梳中梳齿状结构(4)、网格结构(5)和实心结构(6)的整体长度为1mm～5cm，优选为1cm或2cm；
优选地，所述梳齿状结构(4)的长度为1mm～5cm，优选为1mm、3mm或5mm；
优选地，所述梳齿状结构(4)中梳齿的宽度为1μm～200μm，优选为20μm；
优选地，所述实心结构(6)的长度为1mm～1cm，宽度为1mm～5cm；
优选地，所述网格结构(5)随梳齿状结构(1)的变化而变化；
优选地，所述网格结构(5)中纵向支撑条的宽度为1μm～100μm，优选为50μm；
优选地，所述焊盘(7)的尺寸为(0.1～4)mm×(0.1～4)mm；
优选地，所述焊盘(7)上焊接点的大小为(100～2000)μm×(100～2000)μm，优选为400μm×400μm。
5.根据权利要求1-4任一项所述的植入式柔性神经微电极梳，其特征在于，所述网格结构(5)为纵向渐变式网格结构、横向渐变式网格结构、均匀网格结构或纵向偏离角度为45度的网格结构中任意一种或至少两种结构的组合；
优选地，所述纵向渐变式网格结构包括横向网格条和纵向支撑条，所述纵向支撑条之间的距离依次递增；
优选地，所述纵向渐变式网格结构包括横向网格条和纵向支撑条，所述纵向支撑条之间的距离向梳齿状结构(4)一侧依次递增；
优选地，所述纵向支撑条之间的距离以1μm～100μm的距离依次递增，优选为10μm；
优选地，所述横向渐变式网格结构包括横向网格条和纵向支撑条，所述横向网格条的宽度从实心结构(6)向梳齿状结构(4)逐渐递减；
优选地，所述横向渐变式网格结构包括横向网格条和纵向支撑条，所述横向网格条的宽度逐渐递减至1μm～200μm，优选为10μm或30μm；
优选地，所述均匀网格结构包括横向网格条和纵向支撑条，所述纵向支撑条之间的距离相等，纵向支撑条之间的间距为10μm～1000μm，优选为500μm。
优选地，所述均匀网格结构包括横向网格条和纵向支撑条，所述横向网格条之间的距离相等，横向网格条之间的间距为10μm～1000μm，优选为200μm。
6.根据权利要求1-5任一项所述的植入式柔性神经微电极梳的制备方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
(1)在载体上旋涂正性光刻胶，前烘，光刻出标记图形，留出焊盘位置用光刻胶进行保护，后烘坚膜，去除残胶；
(2)在步骤(1)处理后得到的载体上蒸镀或溅射牺牲层，剥离形成牺牲层和标记图形；
(3)在步骤(2)中形成牺牲层和标记图形的载体一侧旋涂柔性衬底材料，依次经前烘、曝光、后烘和显影处理，形成柔性衬底层，180℃下高温坚膜；
(4)在步骤(3)所形成的柔性衬底层上旋涂正性光刻胶，经前烘、曝光和显影处理形成图形化的电极位点、连接线和焊接点，再用电子束或热蒸镀形成粘附层；
(5)在步骤(4)形成的粘附层上用电子束或热蒸镀形成金属层，然后经剥离处理制备出电极位点、连接线和焊接点；
(6)在步骤(5)形成了电极位点、连接线和焊接点后的金属层上旋涂柔性绝缘材料，经前烘、曝光、后烘和显影处理，暴露出电极位点和焊接点，180℃下高温坚膜；
(7)将步骤(6)得到的柔性微电极梳放置于去除牺牲层的溶液中，释放出柔性微电极梳；
(8)对步骤(7)得到的柔性微电极梳进行划片，得到最终产品。
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中在经过预处理后的载体上悬涂正性光刻胶；
优选地，所述预处理为：将载体用丙酮和水进行清洗，然后烘干，再用氧等离子体进行清洗；
优选地，所述载体为硅片和/或玻璃片；
优选地，步骤(1)中所述正性光刻胶为S1813和/或AZ1500正性光刻胶；
优选地，步骤(1)中所述去除残胶采用氧等离子体进行去除。
8.根据权利要求6或7所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)中所述牺牲层的厚度为10nm～1000nm，优选为100nm；
优选地，步骤(2)中所述牺牲层为铝层和/或镍层；
优选地，步骤(3)中所述柔性衬底材料为SU-8光刻胶、聚对二甲苯或聚酰亚胺中任意一种或至少两种的组合；
优选地，步骤(3)中所述柔性衬底层的厚度为1μm～20μm，优选为5μm；
优选地，步骤(4)中所述正性光刻胶为S1813和/或AZ1500正性光刻胶；
优选地，步骤(4)中所述粘附层为Cr层；
优选地，步骤(4)中所述粘附层的厚度为1nm～100nm，优选为5nm；
优选地，步骤(5)中所述金属层的材料为金、铂或铱中任意一种或至少两种的组合；
优选地，步骤(5)中所述金属层的厚度为10nm～1000nm，优选为100nm；
优选地，步骤(6)中所述柔性绝缘材料为SU-8光刻胶、聚对二甲苯或聚酰亚胺中任意一种或至少两种的组合；
优选地，步骤(6)中所述柔性绝缘材料层的厚度为1μm～20μm，优选为5μm；
优选地，步骤(7)中所述去除牺牲层为：对牺牲层进行腐蚀；
优选地，所述腐蚀过程采用三氯化铁和/或盐酸溶液。
9.根据权利要求1-5任一项所述的植入式柔性神经微电极梳的植入方法，其特征在于，所述植入方法包括以下步骤：
(1)柔性神经微电极梳在液体的表面张力作用下，自发卷曲成针状结构；
(2)用固化材料对步骤(1)中所述柔性神经微电极梳进行固化处理；
(3)用环氧树脂胶对固化后的柔性神经微电极梳与载体交界处进行固化；
(4)将步骤(2)处理后的柔性神经微电极梳刺入生物组织后，清洗处理未植入生物组织的部分，完成植入过程。
10.根据权利要求9所述的植入方法，其特征在于，步骤(2)中所述固化材料为聚乙二醇；
优选地，所述聚乙二醇的分子量为1000～4000，优选为2000；
优选地，步骤(2)中所述固化处理为：将溶化后的固化材料涂覆在柔性神经微电极梳的表面进行固化；
优选地，步骤(4)中所述清洗处理为：用脑脊液清洗处理。
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