CN110876616A - 自伸展记录电极及其制备方法及植入方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种自伸展记录电极，包括转接头、多根排针和多根电极丝；多根排针间隔设于转接头上；电极丝包括连接段和植入段，连接段的一端和排针一一对应连接，连接段的另一端和植入段的一端连接；多根电极丝的连接段通过保护胶包覆；多个电极丝的植入段靠近连接段的部分通过聚乙二醇粘结成束，植入段远离连接段的部分通过生物降解胶粘结成束。本发明的自伸展记录电极，体积小，可以记录面积小的目标脑区的电活动；柔性好，生物降解胶在脑组织内可降解，电极丝恢复其柔性程度，可以跟随脑组织的移动而移动，减少对脑组织的损伤；结构简单，成本低廉。本发明还提供一种上述自伸展记录电极的制备方法和植入方法。

Description

自伸展记录电极及其制备方法及植入方法

技术领域

本发明属于电极技术领域，尤其涉及一种自伸展记录电极及其制备方法及植入方法。

背景技术

脑疾病造成的危害一直被人们所低估。随着诊断技术的提高以及社会认识的进步，人们逐步发现脑疾病对人类健康的重大危害，以及这些疾病带来的巨大医疗负担和社会压力。随着老龄化社会的到来，包括阿尔茨海默氏症、帕金森氏症、额颞叶痴呆和其他许多神经退行性疾病在内的患者数量迅速增长。目前包括精神分裂症、帕金森氏症、抑郁症、癫痫、痴呆症、药物成瘾等神经精神疾病占到了全球总发病率的13％。卫生部疾控中心的数据显示，我国约1亿人正直接受到神经疾病或精神障碍的威胁。目前，神经精神疾病在我国疾病总负担中排名首位，约占疾病总负担的20％。根据世界卫生组织推算，中国神经精神疾病负担到2020年将上升至疾病总负担的四分之一。

大脑是由近千亿个种类各异的神经元构成的复杂体系。神经元之间的连接(神经环路)是实现特定脑功能的物质基础，而对神经环路功能的精确解析是明确脑疾病发病和干预机制，或者理解特定认知行为的先决条件。因此研发新的脑功能干预和检测新技术，深入理解大脑的工作原理和脑疾病产生时大脑功能活动的异常，将帮助我们从神经环路的水平对神经精神疾病的治疗和机制开展深入的研究，也将有力的推动针对这些疾病的新的诊断方法和治疗方案的创新。

为了更加深入地研究神经精神性疾病的异常回路特征，需要在清醒、自由活动的动物模型中研究目标脑区电生理活动以及行为学输出之间的联系。因此就需要有能够在动物体内长期植入并且能够实现电生理记录的微电极阵列。然而由于常用的金属电极质地坚硬，植入后不仅对脑组织产生机械损伤，而且还会诱发严重的组织炎症反应，使周围细胞死亡，星型胶质细胞聚集形成包囊。大大降低了电极记录信号的质量，并且无法进行长期稳定的记录。

发明内容

鉴于此，有必要提供一种对脑组织损失较小的自伸展记录电极及其制备方法及植入方法。

本发明提供一种自伸展记录电极，包括转接头、多根排针和多根电极丝；

所述多根排针间隔设于所述转接头上；

所述电极丝包括连接段和植入段，所述连接段的一端和所述排针一一对应连接，所述连接段的另一端和所述植入段的一端连接；

所述多根电极丝的所述连接段通过保护胶包覆；

所述多个电极丝的植入段靠近所述连接段的部分通过聚乙二醇粘结成束，所述植入段远离所述连接段的部分通过生物降解胶粘结成束。

在一个实施例中，所述保护胶为环氧树脂胶。

在一个实施例中，所述生物降解胶为质量百分数为5％的明胶水溶液。

在一个实施例中，所述电极丝的直径小于25μm。

在一个实施例中，所述植入段被所述生物降解胶粘结成束的长度为1厘米。

本发明还提供一种上述的自伸展记录电极的制备方法，包括以下步骤：

将数量为预设值的电极丝的一端分别和排针一一对应连接；

将全部所述电极丝的连接段采用保护胶包覆；

将全部所述电极丝的植入段靠近所述连接段的部分采用液体聚乙二醇粘结成束；

将全部所述电极丝的所述植入段远离所述连接段的部分采用生物降解胶粘结成束。

在一个实施例中，所述电极丝的长度为3-5厘米。

在一个实施例中，上述的自伸展记录电极的制备方法还包括如下步骤：

待所述生物降解胶干燥后，根据目标脑区的长度剪去多余长度的所述电极丝。

本发明还提供一种上述的自伸展记录电极的植入方法，包括以下步骤：

S210、进行脑区定位手术；

S220、根据已经定位好的脑区，将所述自伸展记录电极植入到目标脑区；

S230、固定所述自伸展记录电极并封装所述自伸展记录电极至颅骨，完成植入。

在一个实施例中，上述柔性记录电极的植入方法还包括如下步骤：

S240、在将所述自伸展记录电极植入脑组织后，用生理盐水将所述电极丝上包裹的聚乙二醇溶解。

本发明的自伸展记录电极，体积小，不仅可以记录面积小的目标脑区的电活动，而且能够减轻动物头部的负重。此外，上述自伸展记录电极柔性好，通过生物降解胶对电极丝进行粘结，生物降解胶在脑组织内可降解，电极丝恢复其柔性程度，可以跟随脑组织的移动而移动，减少对脑组织的损伤。此外，由于生物降解胶在脑组织内溶解，可以自由伸展，因此，记录范围更宽。同时，上述自伸展记录电极可以长期记录，结构简单，成本低廉。

本发明的自伸展记录电极的制备方法，操作简单，成本低廉，对实验人员的技术要求较低，能够符合实验室的日常使用。

本发明的自伸展记录电极的植入方法，操作简单，易于实现，稳定性好。

附图说明

图1为一实施方式的自伸展记录电极的示意图；

图2为植入段通过生物降解胶粘结成束的部分的截面图；

图3为将电极丝和排针连接后的结构示意图；

图4为电极丝被保护胶和聚乙二醇包覆后的结构示意图；

图5为自伸展记录电极的植入脑组织后的示意图；

图6为自伸展记录电极在水中散开的状态图；

图7为一实施方式的自伸展记录电极的制备方法的流程图；

图8为一实施方式的自伸展记录电极的植入方法的流程图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，如“上”等指示方位或位置的关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，或者是本领域技术人员惯常理解的方位或位置关系，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设备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”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

下面结合附图，对本发明的具体实施方式进行详细说明。

如图1所示，一实施方式的自伸展记录电极，包括转接头10、多根排针20和多根电极丝40。

多根排针20间隔设于转接头10上。

电极丝40包括连接段42和植入段44，连接段42的一端和排针20一一对应连接，连接段42的另一端和植入段44的一端连接。

多根电极丝40的连接段42通过保护胶30包覆。

多个电极丝40的植入段44靠近连接段42的部分通过聚乙二醇50粘结成束，植入段44远离连接段42的部分通过生物降解胶60粘结成束。

上述自伸展记录电极，体积小，不仅可以记录面积小的目标脑区的电活动，而且能够减轻动物头部的负重。此外，请参考图5，上述自伸展记录电极柔性好，通过生物降解胶60对电极丝40进行粘结，生物降解胶60在脑组织70内可降解，电极丝40恢复其柔性程度，可以跟随脑组织70的移动而移动，减少对脑组织70的损伤。此外，由于生物降解胶60在脑组织70内溶解，可以自由伸展，因此，记录范围更宽。同时，上述自伸展记录电极可以长期记录，结构简单，成本低廉。

在一个实施例中，保护胶30为环氧树脂胶。

图2为植入段通过生物降解胶粘结成束的部分的截面图。在一个实施例中，生物降解胶60为质量百分数为5％的明胶水溶液。可以理解，生物降解胶60还可以为其他生物相容性好并且凝固后坚硬的材料。

在一个实施例中，聚乙二醇分子可以为4000或6000。

在一个实施例中，电极丝40的直径小于25μm。电极丝40为金属电极丝。

在一个实施例中，植入段44被生物降解胶60粘结成束的长度为1厘米。

上述自伸展记录电极的通道数可以为8、16或者32通道。可以理解，实验人员可根据实验需求扩充更多的电极通道数，例如可扩充至128通道。

如图6所示，该自伸展记录电极在水80中放置数十分钟，明胶固体会逐渐溶胀并溶解，自伸展记录电极从而在水80中散开。

当植入到实验动物脑内时，将包裹有明胶的自伸展记录电极缓慢植入到脑内。用少量502胶或者牙科水泥将电极丝40与颅骨固定。随后用生理盐水将自伸展记录电极上包裹的聚乙二醇50溶解，最后用牙科水泥将整个自伸展记录电极封装。

该自伸展记录电极可以实现对神经元信号的长期记录，适合对学习、记忆等研究周期较长的脑区功能研究。

请参考图7，一种上述的自伸展记录电极的制备方法，包括以下步骤：

请参考图3，S110、将数量为预设值的电极丝40的一端分别和排针20一一对应连接。

电极丝40的长度可以为3-5厘米。电极丝40的长度的可以根据实际检测需要进行设定。

电极丝40的数量根据实际需求设定。例如，制备8通道的自伸展记录电极时，电极丝40的数量的8根。制备16通道的自伸展记录电极时，电极丝40的数量的16根。

当制备8通道的自伸展记录电极时，排针20设于转接头10上，转接头10可以为16通道的转接头10。

在一个实施例中，电极丝40通过缠绕的方式连接到转接头10的排针20上。

请参考图4，S120、将全部电极丝40的连接段42采用保护胶30包覆。

在一个实施例中，保护胶30为环氧树脂胶。可以理解，保护胶30还可以用为其他具有防护作用的胶。

请参考图4，S130、将全部电极丝40的植入段44靠近连接段42的部分采用液体聚乙二醇50粘结成束。

在一个实施例中，聚乙二醇50分子可以为4000或6000。

请参考图1，S140、将全部电极丝40的植入段44远离连接段42的部分采用生物降解胶60粘结成束。

在一个实施例中，生物降解胶60为质量百分数为5％的明胶水溶液。可以理解，生物降解胶60还可以为其他生物相容性好并且凝固后坚硬的材料。

在一个实施例中，植入段44被生物降解胶60粘结成束的长度为1厘米。

上述自伸展记录电极的制备方法，还可以包括如下步骤：

S150、待生物降解胶60干燥后，根据目标脑区的长度剪去多余长度的电极丝40。

可以理解，S120、S130和S140的顺序不限于依次执行S120、S130和S140。S120、S130和S140的执行顺序根据实际情况进行调整。

上述自伸展记录电极的制备方法，操作简单，成本低廉，对实验人员的技术要求较低，能够符合实验室的日常使用。

请参考图8，一实施方式的自伸展记录电极的植入方法，包括以下步骤：

S210、进行脑区定位手术。

S220、根据已经定位好的脑区，将自伸展记录电极植入到目标脑区。

自伸展记录电极制备完成之后都需经过修饰和检测，以确保自伸展记录电极可以正常记录到电生理信号。该自伸展记录电极经过修饰、检验后需能够记录到局部场电位和单个神经元的spike。

S230、固定自伸展记录电极并封装自伸展记录电极至颅骨，完成植入。

S230中，采用牙科水泥或其他方法固定自伸展记录电极至颅骨。

上述自伸展记录电极的植入方法还包括以下步骤：

S240、在将自伸展记录电极植入脑组织后，用生理盐水将电极丝40上包裹的聚乙二醇50溶解。

上述自伸展记录电极的植入方法，操作简单，易于实现，稳定性好。

本发明的自伸展记录电极可长期进行记录，且可同时记录单个神经元的spike信号以及局部场点位，由此简化电信号记录的电极样式及对应的电极植入方法。

本发明的自伸展记录电极可以实现实验动物上目标脑区的动作电位(spike)以及局部场电位(LFP)的同步记录，从而解决在特定的行为学范式下对自由活动的动物上进行长期稳定的电活动功能记录的问题，以解析此行为学下与学习记忆等相关的环路功能。

在实际使用过程中，本发明的自伸展记录电极并不限于神经元信号的记录，也可结合光纤形成光电极植入目标脑区进行光刺激。

以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种自伸展记录电极，其特征在于，包括转接头、多根排针和多根电极丝；

所述多根排针间隔设于所述转接头上；

所述电极丝包括连接段和植入段，所述连接段的一端和所述排针一一对应连接，所述连接段的另一端和所述植入段的一端连接；

所述多根电极丝的所述连接段通过保护胶包覆；

所述多个电极丝的植入段靠近所述连接段的部分通过聚乙二醇粘结成束，所述植入段远离所述连接段的部分通过生物降解胶粘结成束。

2.如权利要求1所述的自伸展记录电极，其特征在于，所述保护胶为环氧树脂胶。

3.如权利要求1所述的自伸展记录电极，其特征在于，所述生物降解胶为质量百分数为5％的明胶水溶液。

4.如权利要求1所述的自伸展记录电极，其特征在于，所述电极丝的直径小于25μm。

5.如权利要求1所述的自伸展记录电极，其特征在于，所述植入段被所述生物降解胶粘结成束的长度为1厘米。

6.一种如权利要求1-5任一项所述的自伸展记录电极的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

将数量为预设值的电极丝的一端分别和排针一一对应连接；

将全部所述电极丝的连接段采用保护胶包覆；

将全部所述电极丝的植入段靠近所述连接段的部分采用液体聚乙二醇粘结成束；

将全部所述电极丝的所述植入段远离所述连接段的部分采用生物降解胶粘结成束。

7.如权利要求6所述的自伸展记录电极的制备方法，其特征在于，所述电极丝的长度为3-5厘米。

8.如权利要求6所述的自伸展记录电极的制备方法，其特征在于，还包括如下步骤：

待所述生物降解胶干燥后，根据目标脑区的长度剪去多余长度的所述电极丝。

9.一种如权利要求1-5任一项所述的自伸展记录电极的植入方法，其特征在于，包括以下步骤：

S210、进行脑区定位手术；

S220、根据已经定位好的脑区，将所述自伸展记录电极植入到目标脑区；

S230、固定所述自伸展记录电极并封装所述自伸展记录电极至颅骨，完成植入。

10.如权利要求9所述的柔性记录电极的植入方法，其特征在于，还包括如下步骤：

S240、在将所述自伸展记录电极植入脑组织后，用生理盐水将所述电极丝上包裹的聚乙二醇溶解。

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