CN107029350B

CN107029350B - 一种用于视神经假体的微针阵列电极

Info

Publication number: CN107029350B
Application number: CN201710155137.8A
Authority: CN
Inventors: 黄立男; 尤政; 罗川; 胡发德
Original assignee: Tsinghua University
Current assignee: Tsinghua University
Priority date: 2017-03-15
Filing date: 2017-03-15
Publication date: 2020-06-19
Anticipated expiration: 2037-03-15
Also published as: CN107029350A

Abstract

本发明公开了一种用于视神经假体的微针阵列电极，包括：电极基底；形成在所述电极基底之上的微针阵列；嵌入在所述电极基底下侧的第一材料层；其中，所述第一材料层用于在收到外界刺激的情况下发生变形，以使所述微针阵列电极整体发生卷曲。本发明具有如下优点：微针阵列电极可以在外界刺激的情况下发生变形，以适应不同形状和大小的视神经束。

Description

一种用于视神经假体的微针阵列电极

技术领域

发明涉及医疗器械、生物MEMS领域，具体涉及一种用于视神经假体的环状微针阵列电极。

背景技术

眼球后视神经束上集合了所有的视神经纤维，视神经假体是一种安放在眼后视神经束上的人工假体，与当前主要用于视网膜的人工假体不同，视神经假体对视网膜发生病变，甚至眼球缺失的患者带来部分恢复视力的希望。

视神经是位于眼球后的一个束状神经组织，由多条连接视网膜的视神经节细胞轴突密集在一起，负责将视网膜产生的视觉信号传递着至大脑皮层。在大多数情况下，即使视网膜或眼球受损，视神经仍能保持一定功能，对其施加电刺激能够引起局部神经节细胞兴奋，产生动作电位诱发大脑皮层做出视觉响应。

由于越接近眼球处的视神经与视网膜之间有较好的映射关系，视神经假体的微针阵列式电极一般会于此处植入，且需要在有限的空间内尽可能刺激更多视神经，以达到患者所能接受的视觉分辨率需求，因此视神经的微电极需要环绕在视神经束上，以增加微电极与视神经的接触面积。另一方面，视神经束上鞘膜的直径约4-5mm，包裹着位于其中央的视神经节细胞轴突，为提高视觉分辨率，植入视神经的微电极应以微针刺穿鞘膜的方式，以尖端直径约10μm的微针尽可能深入其中，直接对深层的视神经纤维进行刺激，因此采用微针阵列式电极，比起只能作用于表面的阵列式微电极，更适合作为视神经假体的输出端。

预先弯曲成型的微电极将会为植入很不方便，而环状的微电极若在未安放到位前便已卷曲成型，将令微电极上的微针阵列刺入束状视神经时变得困难，微针刺入后应处空间位置的准确度亦难以保证。人体存在个体差异性，微电极的形状还需要能根据不同形状和大小的视神经束自行进行调整，否则将影响微电极的锚定效果，视神经假体控制系统对电刺激和视觉响应的映射关系将变得不稳定，影响视神经假体的整体性能。

发明内容

本发明旨在至少解决上述技术问题之一。

为此，本发明的目的在于提出一种用于视神经假体的微针阵列电极，该微针阵列电极可以在外界刺激的情况下发生变形，以适应不同形状和大小的视神经束。

为了实现上述目的，本发明的实施例公开了一种用于视神经假体的微针阵列电极，包括：电极基底；形成在所述电极基底之上的微针阵列；嵌入在所述电极基底下侧的第一材料层；其中，所述第一材料层用于在收到外界刺激的情况下发生变形，以使所述微针阵列电极整体发生卷曲。

进一步地，所述微针阵列包括多组微针，所述多组微针之间通过连接件连接。

进一步地，所述连接件包括多种材料，所述多种材料的形状、尺寸、变形量、触发条件、变形响应时间、变形运行速度、力学特性或电导率中至少一种不同。

进一步地，所述连接件用于对所述微针阵列提供驱动力，以使所述微针阵列刺入视神经皮鞘之下，直接对视神经节细胞实施电刺激。

进一步地，所述连接件的材料为不宜降解或吸收的材料。

进一步地，所述连接件的材料根据所述微针阵列电极在植入人体过程中应激变形的触发条件、响应速度、运行速度及持续时间进行选定的。

根据本发明实施例的用于视神经假体的微针阵列电极，在现有的微针阵列电极中加入可根据周遭环境变化发生自变形的第一材料层，微电极在植入过程中能自行卷曲缠绕在视神经上，并利用第一材料层应激变形时所产生的机械能，将微针刺入视神经皮鞘之下，直接对深层的视神经纤维进行刺激以提高分辨率。第一材料层嵌入在微电极中，其应激变形的特性可在配制时预先设计，从而对微电极的变形时机、速度及变形量进行设定，植入过程具有可控性和自动化的特点，可适应不同形状和大小的视神经束。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是本发明一个实施例的用于视神经假体的微针阵列电极的结构示意图；

图2是本发明一个实施例的用于视神经假体的微针阵列电极发生卷曲后的示意图；

图3是本发明一个实施例的多组微针和连接件的结构示意图；

图4是本发明另一个实施例的多组微针和连接件的结构示意图；

图5是本发明实施例的用于视神经假体的微针阵列电极在眼后视神经安放和微针刺入视神经的情况示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

参照下面的描述和附图，将清楚本发明的实施例的这些和其他方面。在这些描述和附图中，具体公开了本发明的实施例中的一些特定实施方式，来表示实施本发明的实施例的原理的一些方式，但是应当理解，本发明的实施例的范围不受此限制。相反，本发明的实施例包括落入所附加权利要求书的精神和内涵范围内的所有变化、修改和等同物。

以下结合附图描述本发明。

图1是本发明一个实施例的用于视神经假体的微针阵列电极的结构示意图。如图1所示，根据本发明实施例的用于视神经假体的微针阵列电极，包括第一材料层100、电极基底200和微针阵列300。

其中，第一材料层100嵌入在电极基底200下侧，在收到外界刺激的情况下发生变形，以使微针阵列电极整体发生卷曲(如图2所示)。微针阵列300形成在电极基底200之上。

具体地，具生物相容性的第一材料层100与不会发生变形的电极基底200材质连接固定，在植入人体的过程中，通过改变微针阵列电极周遭的离子浓度、pH值、电场及磁场等，以触发第一材料层100自变形，在第一材料层100与电极基底200材质不同应力情况的作用下，微针阵列电极整体发生卷曲。通过调整第一材料层100的成分、分子结构、粘滞特性、弹性模量、特定物质的含量或浓度等来改变微针阵列电极整体变形的应激因素和运行特性。微针阵列电极的变形触发时机、速度及变形可根据实际需求，在植入人体的过程中进行控制

在本发明的一个实施例中，微针阵列300包括多组微针310，每组微针的数量可以是1x1、2x2、3x3或4x4，各组微针阵列通过连接件连接，令原先为一个刚体结构的微针阵列300变成了一个多刚体铰接的系统。

在本发明的一个实施例中，连接件包括多种材料，多种材料的形状、尺寸、变形量、触发条件、变形响应时间、变形运行速度、力学特性或电导率中至少一种不同。

图3是本发明一个实施例的多组微针和连接件的结构示意图。如图3所示，在本发明的一个实施例中，第一连接单元321和第二连接单元322分别由两种不同的智能材料组成，第一连接单元321和第二单元322的形状、尺寸、变形量、触发条件、变形响应时间、变形运行速度、力学特性或电导率不同，利用这种差异令连接块在第一连接单元321和第二单元322变形时发生弯曲。

图4是本发明另一个实施例的多组微针和连接件的结构示意图。如图4所示，在本发明的一个实施例中，第三连接单元331、第四连接单元332和第五连接单元333分别由三不同的智能材料组成，第三连接单元331、第四连接单元332和第五连接单元333的形状、尺寸、变形量、触发条件、变形响应时间、变形运行速度、力学特性或电导率不同，利用这种差异令连接块在第三连接单元331、第四连接单元332和第五连接单元333变形时发生弯曲，保证微针刺入后应处空间位置的准确度。

在本发明的一个实施例中，连接件用于对微针阵列提供驱动力，以使微针阵列刺入视神经皮鞘之下，直接对视神经节细胞实施电刺激。

在本发明的一个实施例中，连接件的材料为不宜降解或吸收的材料，令微针阵列电极在植入人体后可长期发挥作用。

在本发明的一个实施例中，可通过改变连接件的种类、成分、分子结构、粘滞特性、弹性模量、特定物质的含量或浓度、组分及合成条件等，预先设计微针阵列电极在植入人体过程中应激变形的触发条件、响应速度、运行速度及持续时间。

在本发明的一个实施例中，通过改变第一材料层100、电极基底200和微针阵列300的厚度、尺寸、形状或布局设计，可根据需求对微电极的整体变形进行调整。

连接件在完成变形后在电极基底200底部及微针阵列300间连接处形成坚韧的支撑结构，可令微电极在视神经束上实现锚定效果。

图5是本发明实施例的用于视神经假体的微针阵列电极在眼后视神经安放和微针刺入视神经的情况示意图。如图5所示，微针阵列的弯曲半径可以预先设定，可根据需求对微电极的整体变形进行设计进行调整，变形后能与束状的眼后视神经匹配并缠绕其上。而第一材料层的变形持续时间亦可以根据临床需求预先设定，当环状微电极随着智能材料块的持续变形而发生卷曲时，会产生的张紧力，智能材料的变形量越大，这种紧箍的力也越大，令微电极逐渐箍紧在神经束上，微电极的智能材料块在完成变形后可在微电极基底底部及微针阵列模块间连接处形成坚韧的支撑结构，从而实现微电极在神经束上的锚定，微针阵列电极在眼后视神经安放和微针刺入视神经。

另外，本发明实施例的用于视神经假体的微针阵列电极的其它构成以及作用对于本领域的技术人员而言都是已知的，为了减少冗余，不做赘述。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同限定。

Claims

1.一种用于视神经假体的微针阵列电极，其特征在于，包括：

电极基底；

形成在所述电极基底之上的微针阵列，所述微针阵列包括多组微针，所述多组微针之间通过连接件连接，所述连接件包括多种材料，所述多种材料的形状、尺寸、变形量、触发条件、变形响应时间、变形运行速度、力学特性或电导率中至少一种不同；

嵌入在所述电极基底下侧的第一材料层；

其中，所述第一材料层用于在收到外界刺激的情况下发生变形，以使所述微针阵列电极整体发生卷曲。

2.根据权利要求1所述的用于视神经假体的微针阵列电极，其特征在于，所述连接件用于对所述微针阵列提供驱动力，以使所述微针阵列刺入视神经皮鞘之下，直接对视神经节细胞实施电刺激。

3.根据权利要求1或2所述的用于视神经假体的微针阵列电极，其特征在于，所述连接件的材料为不宜降解或吸收的材料。

4.根据权利要求1或2所述的用于视神经假体的微针阵列电极，其特征在于，所述连接件的材料根据所述微针阵列电极在植入人体过程中应激变形的触发条件、响应速度、运行速度及持续时间进行选定的。