CN111330148B - 一种分层制造的可植入式柔性神经电极及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及神经电极领域，尤其涉及一种分层制造的可植入式柔性神经电极及其制备方法，所述神经电极为一端封口、另一端开口、并且类似于试管状的柔性中空圆柱结构，所述神经电极的管壁部分由内到外依次包括绝缘基底层、金属图案导电层、封装绝缘层、若干连接触点以及若干电极触点；其中，所述连接触点，位于所述神经电极的开口端并与所述金属图案导电层的上部端点接触连通；所述电极触点，位于所述封装绝缘层表面、并与位于所述金属图案层的图案分支部分的下部端点部分的焊盘接触连通。本发明所得电极密封性好，制备得到的电极能够为更复杂和更精细的检测场景，满足电极使用快速迭代的需求。

Description

一种分层制造的可植入式柔性神经电极及其制备方法

技术领域

本发明涉及神经电极领域，尤其涉及一种分层制造的可植入式柔性神经电极及其制备方法。

背景技术

神经电极是神经学研究中的热点问题，是将神经元与外部电子设备连接起来的桥梁，通过神经电极我们可以测量到大脑皮层的电生理信号，包括局部场电位和动作电位，这对于脑科学的发展和脑疾病的诊断具有重大意义，比如癫痫、帕金森和阿尔兹海默病等。性能优异的神经电极需要具备以下两个条件：

1、植入损伤小，降低脑组织对电极的排异反应；

2、能够对于神经信号测量具有较高的时空分辨率。

目前，应用最广的是硅基刚性神经电极，硅基神经电极具有较高的时空分辨率，能够记录到单个神经元的动作电位，但是硅基神经电极的力学性能与大脑皮层存在较大差异，容易在脑组织里产生微移动，引起较大的免疫反应，而且在电极周围会产生大量胶质细胞，导致电极失效。

神经系统是人类的任务处理中心和指挥中枢，人类可以通过采集神经信号对神经系统活动进行分析，从而实现对假肢的控制，也可以通过电刺激神经细胞来治疗帕金森、癫痫等脑部神经性疾病。

随着微电子技术及材料科学的不断进步，植入式神经电极向着柔性化、小型化、高精度及高密度化的趋势发展，现阶段高密度多通道的植入式神经电极通常是通过MEMS技术来实现加工制造，对于其密集且排列整齐规则的导线及触点而言，利用掩膜版进行光刻是一种相对成熟且几乎被默认的加工方式。光刻技术需要较高精度的掩膜版，然而掩膜版的制作需要复杂的电子束刻蚀，加工过程较慢，不利于电极的个性化设计及短周期迭代。

此外，光刻还需要将保留部分的光刻胶去除，通常利用有机溶剂湿法去胶或通过等离子体处理干法去胶。光刻虽然可以高精度加工出电子线路的图形，但是其步骤却是漫长且复杂的，此外其应用场景不仅限于二维平面，由于掩膜版加工及使用的限制，光刻很难应用于三维衬底并在其进行图案印刷。

CN108853717A公开了一种柔性神经电极，所述柔性神经电极包括柔性衬底、柔性绝缘层以及位于柔性衬底和柔性绝缘层之间的导电层和磁性材料层；其中，导电层包括至少一条导电线，导电线包括互连导线以及分别位于互连导线两端的记录位点和焊点；磁性材料层包括多个磁性材料部，磁性材料部与第一部分互连导线一一对应；柔性绝缘层上形成有至少一个通孔，通孔与记录位点一一对应，通孔贯穿柔性绝缘层露出对应记录位点。然而，该方案存在的问题是，由于采用了金属导线与贵金属触点组装而成，触点通常为嵌套在绝缘封装表面的金属环，但是在复杂的光刻技术中仍需要使用平面掩膜版，且平面电极通过卷曲组装形成制成的电极稳定性不够强。

因此，如何通过简易设备制造出精度高、稳定性强的电极，成为亟待解决的技术问题。

发明内容

为解决前述缺陷，本发明提供一种分层制造的可植入式柔性神经电极，所述神经电极为一端封口、另一端开口、并且类似于试管状的柔性中空圆柱结构，所述神经电极的管壁部分由内到外依次包括绝缘基底层、金属图案导电层、封装绝缘层、若干连接触点以及若干电极触点；

其中，所述连接触点，位于所述神经电极的开口端并与所述金属图案导电层的上部端点接触连通；所述电极触点，位于所述封装绝缘层表面、并与位于所述金属图案导电层的图案分支部分的下部端点部分的焊盘接触连通。

进一步地，所述电极触点是由所述封装绝缘层经过热解反应而生成的导电热解产物。

进一步地，所述金属图案导电层的制作过程中，需要使用三维掩膜版，掩膜版的制造过程中，需要在所述神经电极的中空部分插入辅助金属棒。

进一步地，所述绝缘基底层，外直径为100μm-2mm，内部直径为50μm-1.5mm。

进一步地，根据设计电极的尺寸的需要，选择相应的绝缘基底层的材料，所述绝缘基底层的材料符合生物相容性的要求，且具有较好的绝缘性，具有较好的柔韧性。优选地，所述绝缘基底层的材料为硅橡胶、派拉伦(Parylene，特别优选的是用Parylene C)、聚(3,4-乙烯二氧噻吩)(PEDOT)、聚氨酯(TPU)、聚酰亚胺(PI)、聚氨酯或聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)。

进一步地，所述金属图案导电层，金属层的厚度为10nm-1μm。优选地，所述金属图案导电层，是一层覆盖在所述绝缘基底层上的三维金属图案导电层。更优选地，所述金属图案导电层是通过气相沉积法，按照设计好的三维图案将金属沉积到所述绝缘基底层的外表面。在一个优选的实施方式中，所述金属图案导电层是由若干金属细线组成，其中，所述金属细线靠近所述神经电极的封口端的尾部设置有焊盘，所述焊盘与所述电极触点相连接，所述金属细线靠近所述神经电极的开口端与所述连接触点相连接。在一个优选的实施方式中，所述金属细线的宽度为10nm-1mm、所述焊盘的直径为1μm-1mm、所述连接触点的大小为(1μm-1mm)×(1μm-1mm)(更优选地，所述连接触点垂直于长度方向的剖面为方形)。每一条所述金属细线的两端分别与所述焊盘和所述连接触点相连，从而组成一个通道，每个通道之间互不相连。

金属细丝的工作原理为：所述焊盘，用于承接所述电极触点(所述电极触点由封闭绝缘层材料热解而成)；所述连接触点，用于使每个由所述金属细丝形成的通道分别通过各自的所述连接触点与延长导线或电子器械相连，传输脉冲信号。

进一步地，所述焊盘、所述金属细线均被所述封装绝缘层封装包裹住，仅保留所述连接触点裸露在外，作为脉冲信号传输的端口。

进一步地，所述封装绝缘层，是一层能够发生热解反应的聚合物薄膜，覆盖在所述神经电极的外表面，其内部包裹着所述金属图案导电层和所述绝缘基底层。在一个优选的实施方式中，所述封装绝缘层，由高分子聚合物制成，包括但不限于派拉伦(Parylene，较为优选地是使用Parylene C)、聚酰亚胺(PI)或聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)等材质。所述封装绝缘层，发生热解后，生成结构疏松的多孔石墨烯材料。同时，所述封装绝缘层由于位于所述神经电极的外表面，所以又称作外绝缘层。

进一步地，所述电极触点，为导电物质，所述导电物质由位于所述焊盘区域表面的所述封装绝缘层发生热解反应而生成，并且穿透所述封装绝缘层与所述焊盘相连。即，在进行工作时，每一个金属细丝形成的通道、所述电极触点与这个通道的连接触点导电连通，且各个通道之间互不相连。

本发明还提供一种前述神经电极的制备方法，包括：

1)根据设计电极的尺寸需要，取尺寸适合的辅助金属棒M1，将掩膜版胚料嵌套在所述辅助金属棒M1外，利用激光按照设计的电极需要的所述金属图案导电层的图案在所述掩膜版胚料表面切割出一条或多条的镂刻槽，所述镂刻槽的两端分别切割按照设计需要预留的焊盘形状的镂刻槽及连接触点的形状的镂刻；

2)将加工完成的所述掩膜版胚料从所述辅助金属棒M1上取下，并对其进行清洁处理，镂刻槽边缘的杂质及切割烧蚀残留物，使镂刻槽边缘光滑且无杂质附着，使镂刻槽连续、通透，形成加工好的掩膜版；

3)将所述加工好的掩膜版嵌套装配到一端封口、另一端开口、并且类似于试管状的柔性中空圆柱结构的所述绝缘基底层外表面，然后，将尺寸适合的另一只辅助金属棒M2插入所述绝缘基底层的中空结构中，使所述加工好的掩膜版与所述绝缘基底层紧密贴合，得到预制棒结构；

4)将所述预制棒结构通过气相沉积法使所述加工好的掩膜版上的镂刻槽的图案部分进行金属沉积来形成金属细线、连接触点和焊盘；

5)通过激光切割的方式对步骤4)处理后的所述预制棒进行处理，切开嵌套在所述绝缘基底层外的所述加工好的掩膜版、并去除所述加工好的掩膜版，同时，在操作过程中保证所述金属图案导电层的完整；

6)将步骤5)处理后的所述预制棒结构的表面涂覆有机溶液，用于形成制造所述封装绝缘层的聚合物薄膜，在有沉积金属图案导电层的位置，使所述封装绝缘层与金属层紧密结合，在所述金属图案导电层未覆盖的位置，所述封装绝缘层与所述绝缘基底层紧密结合；

7)将经过步骤6)处理后的所述预制棒，通过激光烧蚀热解的方式作用于所述焊盘上方的所述封装绝缘层的聚合物薄膜，使所述聚合物薄膜发生热解，从而形成结构疏松的多孔石墨烯材料为主要成分的所述电极触点，所述电极触点与所述焊盘相连通；

8)将所述辅助金属棒M2从步骤7)加工后的所述绝缘基底层的中空结构中分离出来，所得到一端封口、另一端开口的类似试管状的柔性中空圆柱结构即为分层制造的可植入式的神经电极。

任选地，根据电极设计和制作的要求，可多次重复所述步骤4)-所述步骤6)的操作过程，形成夹杂两层以上的所述金属图案导电层的电极结构。

进一步地，所述掩膜版胚料的材料为聚酰亚胺(PI)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)。优选地，所述掩膜版的圆柱筒型结构的内径应略大于所述绝缘基底层的外径，以便可以将所述掩膜版胚料套在所述绝缘基底层的外侧。更优选地，所述辅助金属棒M1的外径应略小于所述掩膜版胚料的圆柱筒的内径，以保证所述辅助金属棒M1可以串在所述掩膜版的圆柱筒的内部以便进行后续的加工。更优选地，将所述辅助金属棒M1串在所述掩膜版胚料的圆柱筒内后，使用激光切割的精细加工方式在所述掩膜版胚料的圆柱筒表面切出镂刻的三维线条及焊盘、连接触点的图案，图案的形状与尺寸应与满足电极设计需要的所述金属图案导电层的形状及尺寸一致，因此，所述掩膜版胚料的长度应大于设计电极时所述金属图案导电层的长度。

进一步地，在完成所述掩膜版胚料的加工后，应去除所述辅助金属棒M1，并将所述掩膜版胚料嵌套在所述绝缘基底层的外侧，以便采用气相沉积法用于在所述绝缘基底层外表面上产生金属图案导电层。优选地，所述气相沉积法为磁控溅射法。当所述金属图案导电层加工完成后，需要将所述掩膜版去除，只有所述金属图案导电层留在所述绝缘基底层的外表面。

进一步地，当步骤7)所得的电极触点材料亲水性不能满足电极正常使用要求时，需要对所述电极触点进行亲水性改进，具体方法包括有如下几种方案：

①将所述电极触点的进行等离子体处理，处理时间根据步骤7)中生成的结构疏松的多孔石墨烯材料为主要成分的所述电极触点的尺寸确定，等离子体处理后，立即在石墨烯位置的所述电极触点位置滴加水溶性石墨烯分散液，并在室温下待其干燥，完全干燥后，即完成亲水性改进；或，

②在步骤7)形成的多孔石墨烯材料为主要成分的所述电极触点的外侧增加固化水凝胶，即完成亲水性改进。

优选地，所述水溶性石墨烯分散液，是使用单层石墨烯片在水中进行超声分散得到，其中，所述单层石墨烯片的浓度为0.5mg/ml；更优选地，所述水溶性石墨烯分散液中还可以添加分散剂，所述分散剂为十二烷基磺酸钠，浓度为1-3mg/ml，最优选的分散剂浓度为2.5mg/ml。

优选地，所述固化水凝胶为聚(羧基甜菜碱)水凝胶和/或聚乙二醇水凝胶。

进一步地，步骤2)中的所述清洁处理为，使用超声清洗仪，利用超声波去除镂刻槽周围的杂质的同时，还能保证所述金属图案导电层的完好无损。

进一步地，所述辅助金属棒M1的外径略大于所述掩膜版胚料的圆柱筒的内径,并且所述辅助金属棒M2的外径尺寸略小于所述绝缘基底层A的内径尺寸，使所述辅助金属棒M2用于支撑起具有柔性的所述绝缘基底层A以便进行下一步骤的操作；

进一步地，步骤4)的加工过程中，通过匀速旋转所述预制棒结构，使沉积过程中的金属沉积均匀，所述金属图案导电层的厚度为10nm-1μm，且使每一条镂刻槽内沉积的金属细线互不连接；

进一步地，步骤6)中的涂覆方法包括浸润涂覆、提拉涂覆或旋转涂覆；优选地，所述有机溶液为固含量18％的聚酰胺酸(PAA)溶液。

进一步地，步骤6)中，通过多次烘干的方式使所述有机溶液的溶剂蒸发，使溶液中溶解的有机物析出；或者通过阶梯加热的方式，使溶解的有机物脱水环化，从而形成构成所述封装绝缘层的聚合物薄膜；优选地，所述封装绝缘层的厚度为0.1μm-5mm。

进一步地，所述步骤7)中的激光烧蚀采用的是飞秒激光，具体参数如下：单脉冲能量E＝1-20μJ，脉冲频率f＝50-500kHz，加工速度v＝1-100mm/s，喷口气压P＝1-7bar。优选地，单脉冲能量E＝1μJ，脉冲频率f＝500kHz，加工速度v＝40mm/s，喷口气压P＝1bar。

本发明的有益效果：

1、通过本发明制备的神经电极密封性好，避免了现有技术中电极加工方法造成的复杂的卷装过程；

2、本发明加工方法使得加工多层金属图案导电层成为可能，能够适用于更加复杂结构电极设计和生产的需求，从而使用这些复杂结构的电极进行更加复杂和精细的检测和应用场景；

3、本发明加工方法得到的电极可以批量制造，提升生产效率，大大节省生产加工的成本。

4、本发明加工方法可以对存在差异的个体快速制作个性化电极，有助于电极的个性化设计。

5、本发明加工方法可以用于给电极的快速迭代设计提供支撑，可以一次性设计并加工多种不同参数的电极样品。

附图说明

图1为本发明制备的神经电极的一种实施方式；

图2为本发明制备神经电极时的绝缘基底层的一种实施方式；

图3为本发明制备的神经电极的剖面图，用于展示本发明神经电极的分层结构。

1-电极触点；2-金属细线；3-连接触点；A-绝缘基底层；B-焊盘；C-封装绝缘层。

实施例

以下结合实施例对发明做详细的说明：

如图1所示，为本发明的一种分层制造的可植入式柔性神经电极，所述神经电极为一端封口、另一端开口、并且类似于试管状的柔性中空圆柱结构，所述神经电极的管壁部分由内到外依次包括绝缘基底层、金属图案导电层、封装绝缘层、若干连接触点以及若干电极触点其中，所述连接触点3，位于所述神经电极的开口端并与所述金属图案导电层的上部端点接触连通；所述电极触点1，位于所述封装绝缘层表面、并与位于所述金属图案导电层的图案分支部分的下部端点部分的焊盘B接触连通。

如图2的剖面图可知，所述金属图案导电层，包括依次连接的连接触点3、金属细线2、焊盘B。所述焊盘B与所述电极触点1相连通。

实施例1

制造本发明所述神经电极的一个具体实施方法为，包括以下步骤：

1)根据设计电极的尺寸需要，取尺寸适合的辅助金属棒M1，将掩膜版胚料嵌套在所述辅助金属棒M1外，利用激光按照设计的电极需要的所述金属图案导电层的图案在所述掩膜版胚料表面切割出镂刻槽，所述镂刻槽的两端分别切割按照设计需要预留的焊盘形状的镂刻槽及连接触点的形状的镂刻；

2)将加工完成的所述掩膜版胚料从所述辅助金属棒M1上取下，并对其进行清洁处理，镂刻槽边缘的杂质及切割烧蚀残留物，使镂刻槽边缘光滑且无杂质附着，使镂刻槽连续、通透，形成加工好的掩膜版；

3)将所述加工好的掩膜版嵌套装配到一端封口、另一端开口、并且类似于试管状的柔性中空圆柱结构的所述绝缘基底层外表面，然后，将尺寸适合的另一只辅助金属棒M2插入所述绝缘基底层的中空结构中，使所述加工好的掩膜版与所述绝缘基底层紧密贴合，得到预制棒结构；

4)将所述预制棒结构通过气相沉积法使所述加工好的掩膜版上的镂刻槽的图案部分进行金属沉积来形成金属细线、连接触点和焊盘，在加工过程中，通过匀速旋转所述预制棒结构，使沉积过程中的金属沉积均匀，所述金属图案导电层的厚度依据电极设计要求即可(优先的厚度为10nm-1μm),且使每一条镂刻槽内沉积的金属细线互不连接；

5)通过激光切割的方式对步骤4)处理后的所述预制棒进行处理，切开嵌套在所述绝缘基底层外的所述加工好的掩膜版、并去除所述加工好的掩膜版，同时，在操作过程中保证所述金属图案导电层的完整；

6)将步骤5)处理后的所述预制棒结构的表面涂覆有机溶液，所述有机溶液为固含量18％的聚酰胺酸(PAA)溶液；通过阶梯加热的方式(见下表)，使溶解的有机物脱水环化，用于形成制造所述封装绝缘层的聚合物薄膜，在有沉积金属图案导电层的位置，使所述封装绝缘层C与金属图案导电层紧密结合，在所述金属图案导电层未覆盖的位置，所述封装绝缘层C与所述绝缘基底层A紧密结合；其中，所述封装绝缘层的厚度为5μm；

7)将经过步骤6)处理后的所述预制棒，通过激光烧蚀热解的方式作用于所述焊盘上方的所述封装绝缘层的聚合物薄膜，使所述聚合物薄膜发生热解，从而形成结构疏松的多孔石墨烯材料为主要成分的所述电极触点，所述电极触点与所述焊盘相连通；激光烧蚀采用的是飞秒激光，具体参数如下：单脉冲能量E＝1μJ，脉冲频率f＝500kHz，加工速度v＝40mm/s，喷口气压P＝1bar，激光焦点与工质表面偏移量ΔZ＝1mm；

8)将所述辅助金属棒M2从步骤7)加工后的所述绝缘基底层的中空结构中分离出来，所得到一端封口、另一端开口的类似试管状的柔性中空圆柱结构即为分层制造的可植入式的神经电极。

实施例2

制造本发明所述神经电极的第二个具体实施方法为，包括以下步骤：

1)根据设计电极的尺寸需要，取尺寸适合的辅助金属棒M1，将掩膜版胚料嵌套在所述辅助金属棒M1外，利用激光按照设计的电极需要的所述金属图案导电层的图案在所述掩膜版胚料表面切割出镂刻槽，所述镂刻槽的两端分别切割按照设计需要预留的焊盘形状的镂刻槽及连接触点的形状的镂刻；

2)将加工完成的所述掩膜版胚料从所述辅助金属棒M1上取下，并对其进行清洁处理，镂刻槽边缘的杂质及切割烧蚀残留物，使镂刻槽边缘光滑且无杂质附着，使镂刻槽连续、通透，形成加工好的掩膜版；

3)将所述加工好的掩膜版嵌套装配到一端封口、另一端开口、并且类似于试管状的柔性中空圆柱结构的所述绝缘基底层外表面，然后，将尺寸适合的另一只辅助金属棒M2插入所述绝缘基底层的中空结构中，使所述加工好的掩膜版与所述绝缘基底层紧密贴合，得到预制棒结构；

4)将所述预制棒结构通过气相沉积法使所述加工好的掩膜版上的镂刻槽的图案部分进行金属沉积来形成金属细线、连接触点和焊盘，在加工过程中，通过匀速旋转所述预制棒结构，使沉积过程中的金属沉积均匀，所述金属图案导电层的厚度依据电极设计要求即可(优先的厚度为10nm-1μm),且使每一条镂刻槽内沉积的金属细线互不连接；

5)通过激光切割的方式对步骤4)处理后的所述预制棒进行处理，切开嵌套在所述绝缘基底层外的所述加工好的掩膜版、并去除所述加工好的掩膜版，同时，在操作过程中保证所述金属图案导电层的完整；

6)将步骤5)处理后的所述预制棒结构的表面涂覆有机溶液，所述有机溶液为固含量18％的聚酰胺酸(PAA)溶液；通过阶梯加热的方式(参见实施例1中的表格执行)，使溶解的有机物脱水环化，用于形成制造所述封装绝缘层的聚合物薄膜，在有沉积金属图案导电层的位置，使所述封装绝缘层C与金属图案导电层紧密结合，在所述金属图案导电层未覆盖的位置，所述封装绝缘层C与所述绝缘基底层A紧密结合；其中，所述封装绝缘层的厚度为25μm；

7)将经过步骤6)处理后的所述预制棒，通过激光烧蚀热解的方式作用于所述焊盘上方的所述封装绝缘层的聚合物薄膜，使所述聚合物薄膜发生热解，从而形成结构疏松的多孔石墨烯材料为主要成分的所述电极触点，所述电极触点与所述焊盘相连通；激光烧蚀采用的是飞秒激光，具体参数如下：单脉冲能量E＝2μJ，脉冲频率f＝500kHz，加工速度v＝20mm/s，喷口气压P＝1bar；

8)将所述辅助金属棒M2从步骤7)加工后的所述绝缘基底层的中空结构中分离出来，所得到一端封口、另一端开口的类似试管状的柔性中空圆柱结构即为分层制造的可植入式的神经电极。

实施例3

制造本发明所述神经电极的第三个具体实施方法为，包括以下步骤：

1)根据设计电极的尺寸需要，取尺寸适合的辅助金属棒M1，将掩膜版胚料嵌套在所述辅助金属棒M1外，利用激光按照设计的电极需要的所述金属图案导电层的图案在所述掩膜版胚料表面切割出镂刻槽，所述镂刻槽的两端分别切割按照设计需要预留的焊盘形状的镂刻槽及连接触点的形状的镂刻；

2)将加工完成的所述掩膜版胚料从所述辅助金属棒M1上取下，并对其进行清洁处理，镂刻槽边缘的杂质及切割烧蚀残留物，使镂刻槽边缘光滑且无杂质附着，使镂刻槽连续、通透，形成加工好的掩膜版；

3)将所述加工好的掩膜版嵌套装配到一端封口、另一端开口、并且类似于试管状的柔性中空圆柱结构的所述绝缘基底层外表面，然后，将尺寸适合的另一只辅助金属棒M2插入所述绝缘基底层的中空结构中，使所述加工好的掩膜版与所述绝缘基底层紧密贴合，得到预制棒结构；

4)将所述预制棒结构通过气相沉积法使所述加工好的掩膜版上的镂刻槽的图案部分进行金属沉积来形成金属细线、连接触点和焊盘，在加工过程中，通过匀速旋转所述预制棒结构，使沉积过程中的金属沉积均匀，所述金属图案导电层的厚度依据电极设计要求即可(优先的厚度为10nm-1μm),且使每一条镂刻槽内沉积的金属细线互不连接；

5)通过激光切割的方式对步骤4)处理后的所述预制棒进行处理，切开嵌套在所述绝缘基底层外的所述加工好的掩膜版、并去除所述加工好的掩膜版，同时，在操作过程中保证所述金属图案导电层的完整；

6)将步骤5)处理后的所述预制棒结构的表面涂覆有机溶液，所述有机溶液为固含量18％的聚酰胺酸(PAA)溶液；通过阶梯加热的方式(参见实施例1中的表格执行)，使溶解的有机物脱水环化，用于形成制造所述封装绝缘层的聚合物薄膜，在有沉积金属图案导电层的位置，使所述封装绝缘层C与金属图案导电层紧密结合，在所述金属图案导电层未覆盖的位置，所述封装绝缘层C与所述绝缘基底层A紧密结合；其中，所述封装绝缘层的厚度为45μm；

7)将经过步骤6)处理后的所述预制棒，通过激光烧蚀热解的方式作用于所述焊盘上方的所述封装绝缘层的聚合物薄膜，使所述聚合物薄膜发生热解，从而形成结构疏松的多孔石墨烯材料为主要成分的所述电极触点，所述电极触点与所述焊盘相连通；激光烧蚀采用的是飞秒激光，具体参数如下：单脉冲能量E＝3μJ，脉冲频率f＝400kHz，加工速度v＝15mm/s，喷口气压P＝2bar；

8)将所述辅助金属棒M2从步骤7)加工后的所述绝缘基底层的中空结构中分离出来，所得到一端封口、另一端开口的类似试管状的柔性中空圆柱结构即为分层制造的可植入式的神经电极。

实施例4

制造本发明所述神经电极的第四个具体实施方法为，包括以下步骤：

1)根据设计电极的尺寸需要，取尺寸适合的辅助金属棒M1，将掩膜版胚料嵌套在所述辅助金属棒M1外，利用激光按照设计的电极需要的所述金属图案导电层的图案在所述掩膜版胚料表面切割出镂刻槽，所述镂刻槽的两端分别切割按照设计需要预留的焊盘形状的镂刻槽及连接触点的形状的镂刻；

2)将加工完成的所述掩膜版胚料从所述辅助金属棒M1上取下，并对其进行清洁处理，镂刻槽边缘的杂质及切割烧蚀残留物，使镂刻槽边缘光滑且无杂质附着，使镂刻槽连续、通透，形成加工好的掩膜版；

3)将所述加工好的掩膜版嵌套装配到一端封口、另一端开口、并且类似于试管状的柔性中空圆柱结构的所述绝缘基底层外表面，然后，将尺寸适合的另一只辅助金属棒M2插入所述绝缘基底层的中空结构中，使所述加工好的掩膜版与所述绝缘基底层紧密贴合，得到预制棒结构；

4)将所述预制棒结构通过气相沉积法使所述加工好的掩膜版上的镂刻槽的图案部分进行金属沉积来形成金属细线、连接触点和焊盘，在加工过程中，通过匀速旋转所述预制棒结构，使沉积过程中的金属沉积均匀，所述金属图案导电层的厚度依据电极设计要求即可(优先的厚度为10nm-1μm),且使每一条镂刻槽内沉积的金属细线互不连接；

5)通过激光切割的方式对步骤4)处理后的所述预制棒进行处理，切开嵌套在所述绝缘基底层外的所述加工好的掩膜版、并去除所述加工好的掩膜版，同时，在操作过程中保证所述金属图案导电层的完整；

6)将步骤5)处理后的所述预制棒结构的表面涂覆有机溶液，所述有机溶液为固含量18％的聚酰胺酸(PAA)溶液；通过阶梯加热的方式(参见实施例1中的表格执行)，使溶解的有机物脱水环化，用于形成制造所述封装绝缘层的聚合物薄膜，在有沉积金属图案导电层的位置，使所述封装绝缘层C与金属图案导电层紧密结合，在所述金属图案导电层未覆盖的位置，所述封装绝缘层C与所述绝缘基底层A紧密结合；其中，所述封装绝缘层的厚度为0.5mm；

7)将经过步骤6)处理后的所述预制棒，通过激光烧蚀热解的方式作用于所述焊盘上方的所述封装绝缘层的聚合物薄膜，使所述聚合物薄膜发生热解，从而形成结构疏松的多孔石墨烯材料为主要成分的所述电极触点，所述电极触点与所述焊盘相连通；激光烧蚀采用的是飞秒激光，具体参数如下：单脉冲能量E＝7μJ，脉冲频率f＝400kHz，加工速度v＝10mm/s，喷口气压P＝2bar；

8)将所述辅助金属棒M2从步骤7)加工后的所述绝缘基底层的中空结构中分离出来，所得到一端封口、另一端开口的类似试管状的柔性中空圆柱结构即为分层制造的可植入式的神经电极。

说明：实施例1中的激光焦点与工质表面偏移量ΔZ＝1mm，是由于封装绝缘层的厚度比较薄，为了保证加工的精准度而存在，其他实施例中封装绝缘层的厚度较为适中，因此不需要此步骤。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作任何其他形式的限制，而依据本发明的技术实质所作的任何修改或等同变化，仍属于本发明所要求保护的范围。

Claims (9)

1.一种分层制造的可植入式柔性神经电极，其特征在于，所述神经电极为一端封口、另一端开口、并且类似于试管状的柔性中空圆柱结构，所述神经电极的管壁部分由内到外依次包括绝缘基底层、金属图案导电层、封装绝缘层、若干连接触点以及若干电极触点；其中，所述绝缘基底层为一端封口、另一端开口、并且类似于试管状的柔性中空圆柱结构；

所述连接触点，位于所述神经电极的开口端并与所述金属图案导电层的上部端点接触连通；所述电极触点，位于所述封装绝缘层表面、并与位于所述金属图案导电层的图案分支部分的下部端点部分的焊盘接触连通；

所述封装绝缘层覆盖在所述神经电极的外表面，其内部包裹着所述金属图案导电层和所述绝缘基底层，所述封装绝缘层为有机溶液经过加热后脱水环化形成的聚合物薄膜，能够发生热解反应；

所述电极触点，为导电物质，所述导电物质由位于所述焊盘区域表面的所述封装绝缘层发生热解反应而生成，并且穿透所述封装绝缘层与所述焊盘相连。

2.根据权利要求1所述的神经电极，其特征在于，所述绝缘基底层，外直径为100μm-2mm，内部直径为50μm-1.5mm。

3.根据权利要求1所述的神经电极，其特征在于，根据设计电极的尺寸的需要，选择相应的绝缘基底层的材料，所述绝缘基底层的材料符合生物相容性的要求，且具有较好的绝缘性，具有较好的柔韧性。

4.根据权利要求1所述的神经电极，其特征在于，所述金属图案导电层，金属层的厚度为10nm-1μm。

5.根据权利要求1所述的神经电极，其特征在于，所述焊盘、所述金属细线均被所述封装绝缘层封装包裹住，仅保留所述连接触点裸露在外，作为脉冲信号传输的端口。

6.一种权利要求1-5任一项所述的神经电极的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)根据设计电极的尺寸需要，取尺寸适合的辅助金属棒A，将掩膜版胚料嵌套在所述辅助金属棒A外，利用激光按照设计的电极需要的所述金属图案导电层的图案在所述掩膜版胚料表面切割出一条或多条的镂刻槽，所述镂刻槽的两端分别切割按照设计需要预留的焊盘形状的镂刻槽及连接触点的形状的镂刻；

2)将加工完成的所述掩膜版胚料从所述辅助金属棒A上取下，并对其进行清洁处理，镂刻槽边缘的杂质及切割烧蚀残留物，使镂刻槽边缘光滑且无杂质附着，使镂刻槽连续、通透，形成加工好的掩膜版；

3)将所述加工好的掩膜版嵌套装配到一端封口、另一端开口、并且类似于试管状的柔性中空圆柱结构的所述绝缘基底层外表面，然后，将尺寸适合的另一只辅助金属棒B插入所述绝缘基底层的中空结构中，使所述加工好的掩膜版与所述绝缘基底层紧密贴合，得到预制棒结构；

4)将所述预制棒结构通过气相沉积法使所述加工好的掩膜版上的镂刻槽的图案部分进行金属沉积来形成金属细线、连接触点和焊盘；

5)通过激光切割的方式对步骤4)处理后的所述预制棒进行处理，切开嵌套在所述绝缘基底层外的所述加工好的掩膜版、并去除所述加工好的掩膜版，同时，在操作过程中保证所述金属图案导电层的完整；

6)将步骤5)处理后的所述预制棒结构的表面涂覆有机溶液，用于形成制造所述封装绝缘层的聚合物薄膜，在有沉积金属层图案导电层的位置，使所述封装绝缘层与金属层紧密结合，在所述金属图案导电层未覆盖的位置，所述封装绝缘层与所述绝缘基底层紧密结合；

7)将经过步骤6)处理后的所述预制棒，通过激光烧蚀热解的方式作用于所述焊盘上方的所述封装绝缘层的聚合物薄膜，使所述聚合物薄膜发生热解，从而形成结构疏松的多孔石墨烯材料为主要成分的所述电极触点，所述电极触点与所述焊盘相连通；

8)将所述辅助金属棒B从步骤7)加工后的所述绝缘基底层的中空结构中分离出来，所得到一端封口、另一端开口的类似试管状的柔性中空圆柱结构即为分层制造的可植入式的神经电极。

7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，根据电极设计和制作的要求，可多次重复所述步骤4)-所述步骤6)的操作过程，形成夹杂两层以上的所述金属图案导电层的电极结构。

8.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，在完成所述掩膜版胚料的加工后，应去除所述辅助金属棒A，并将所述掩膜版胚料嵌套在所述绝缘基底层的外侧，以便采用气相沉积法用于在所述绝缘基底层外表面上产生金属图案导电层。

9.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，当步骤7)所得的电极触点材料亲水性不能满足电极正常使用要求时，需要对所述电极触点进行亲水性改进，具体方法选自如下几种方案中的任意一种：

①将所述电极触点进行等离子体处理，处理时间根据步骤7)中生成的结构疏松的多孔石墨烯材料为主要成分的所述电极触点的尺寸确定，等离子体处理后，立即在石墨烯位置的所述电极触点位置滴加水溶性石墨烯分散液，并在室温下待其干燥，完全干燥后，即完成亲水性改进；或，

②在步骤7)形成的多孔石墨烯材料为主要成分的所述电极触点的外侧增加固化水凝胶，即完成亲水性改进。

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