CN111938633A - 一种基于脑功能分区的柔性可拆分头皮脑电极的制备方法及其结构 - Google Patents
一种基于脑功能分区的柔性可拆分头皮脑电极的制备方法及其结构 Download PDFInfo
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Abstract
本申请实施例所公开的一种基于脑功能分区的柔性可拆分头皮脑电极的制备方法及其结构，根据大脑皮层的各功能区在头皮表面的位置映射以及各功能区在大脑颅骨上对应区域的弧度，确定头皮脑电极中电极区的数量和形状以划分和设计头皮脑电极，进而使得头皮脑电极可以按照不同信号探测部位的需求，进行电极区的拆分和组合使用，可以优化电极制造，覆盖大范围的头皮面积。此外，使用改性后的丝蛋白水凝胶作为电极的外部衬底，可以使得电极具有高柔性和高贴附性，具有良好的操作性，使得佩戴更加舒适，能够实现高空间采样率和高精度的脑电信号无创探测。
Description
技术领域
本发明涉及脑机接口技术领域，尤其涉及一种基于脑功能分区的柔性可拆分头皮脑电极的制备方法及其结构。
背景技术
脑电监测对于脑类疾病的诊断和手术定位具有不可替代的作用，近年来，随着全世界范围内“脑计划”的推出，有效高质的脑电信号采集显得愈发重要，不仅可以有助于脑功能解码，而且能够促进一系列以此为基础的高新技术发展，例如：脑机接口、神经调控等。
针对脑电极信号采集的方法主要依靠脑部电极，目前应用较为广泛的脑部电极主要包括头皮脑电EEG、皮层脑电ECoG、皮层微电极Microelectrode 和深度脑电极SEEG四种。在医疗和科技的临床使用中，头皮脑电EEG的应用最为广泛，不仅可以辅助进行脑科疾病的检测(例如癫痫、脑肿瘤、老年痴呆等)，也可以根据人脑电信号波形、幅值、节律与心理特征的吻合性，检测人在不同环境不同状态下的脑电特征，从而监测人的心理状态，还可以作为一种高效的人工智能脑机接口，其采集的脑电信号能够为外围系统提供控制指令。头皮脑电EEG相较于皮层电极和深部脑电极，其无需手术植入，无创使用非常方便，并且能够检测到脑部大面积范围内的脑电信号。现阶段，头皮电极从形状设计上可以分为如图1a所示的网状电极帽、如图 1b所示的环状电极帽和如图1c所示的帽型电极帽，其中电极帽的电极触点包括图2a-i多种结构，其中，2a示例了一种金属弹簧探针电极，2b示例了一种刷毛电极，2c示例了一种聚氨酯电极，2d示例了一种金属指状电极， 2e示例了一种橡胶电极，2f示例了一种纯银电极，2g示例了一种弹簧探针电极，2h示例了一种PLA电极，2i示例了一种尼龙电极。从使用方法上可以分为均由硬质材料制成的湿电极、半干电极和干电极，电极密度包括32 导联、64导联，128导联和256导联多重规格。
然而，由于电极材料等限制，目前应用的头皮电极存在如下不足之处：
(1)电极系统整体材料质地硬，生物相容性差，与头皮的贴服性差，使用过程中电极帽与头皮之间容易产生微移动，直接导致信号采集的丢失并会产生运动伪影；
(2)难以直观确定电极所处脑部功能区位置，无法明确检测信号所属功能区以及可能代表的病变范围；
(3)头皮电极只可作为整体使用，位置相对固定，无法针对不同使用情况的特定需求做拆分移动；
(4)使用头皮电极透气性较差，在电极-皮肤接触面的汗液将刺激皮肤产生瘙痒，使用舒适感较差，且对健康具有影响；
(5)湿电极帽使用时需涂覆导电膏以保持头皮与电极间的良好接触，干电极使用时需施加预紧压力以增强接触效果，不利于长时间佩戴；
(6)当头皮电极数量增加时，且后端接线交错繁杂，不具美观性；
(7)电极位点密度提高时存在短路风险；
(8)无法采集精细的信号以反映大脑皮层的电活动，也无法探及电活动的传导通路。
发明内容
本申请实施例提供了一种基于脑功能分区的柔性可拆分头皮脑电极的制备方法及其结构，可以根据大脑皮层的各功能区在头皮表面的位置映射以及各功能区在大脑颅骨上对应区域的弧度，确定头皮脑电极中电极区的数量和形状以划分和设计头皮脑电极，进而使得头皮脑电极可以按照不同信号探测部位的需求，进行电极区的拆分和组合使用，可以优化电极制造，覆盖大范围的头皮面积。
本申请实施例提供了一种基于脑功能分区的柔性可拆分头皮脑电极的制备方法，该方法包括：
获取头皮曲面拓版图；头皮曲面拓版图中含有多个功能区；
基于每个功能区在大脑颅骨上对应区域的弧度，对多个功能区中的部分功能区进行分割处理，得到分割后的多个功能区；
根据分割后的多个功能区确定电极区的数量，以及根据分割后的多个功能区中每个功能区的形状确定每个电极区的形状；
基于电极区的数量和每个电极区的形状制备头皮脑电极；头皮脑电极包含多个可拆分的电极区，且每个电极区的衬底为改性后的丝素蛋白水凝胶。
进一步地，该制备方法还包括制备头皮脑电极的步骤；
制备头皮脑电极，包括：
获取第一基底层；
在第一基底层上生长牺牲层，且在牺牲层上旋涂固化第二基底层；
对第二基底层进行光刻，使得第二基底层被划分为多个间隔分布的待沉积区域；
在多个待沉积区域上沉积第一金属层，且在第一金属层上沉积第二金属层；
在沉积有第一金属层和第二金属层的第二基底层上旋涂固化绝缘层；
在绝缘层上第二金属层对应的区域制备掩膜层，使得绝缘层被划分为多个间隔分布的待刻蚀区域；掩膜层的面积大于第二金属层的面积；
对待刻蚀区域和第二基底层中待刻蚀区域对应的区域进行刻蚀，得到网状结构；
对掩膜层中第二金属层对应的区域和绝缘层中第二金属层对应的区域进行刻蚀，使得第二金属层的部分区域暴露于空气中，得到电极触点；
去除牺牲层，得到电极区；
将电极区固化在衬底上，得到头皮脑电极；衬底为改性后的丝素蛋白水凝胶。
进一步地，该制备方法还包括制备衬底的步骤；
制备衬底，包括：
将家蚕茧纤维置于碳酸钠溶液中煮沸，去除丝胶蛋白，得到丝蛋白纤维；
利用蒸馏水冲洗丝蛋白纤维，且对冲洗后的丝蛋白纤维进行干燥处理；
将干燥处理后的丝蛋白纤维溶解于预配置的混合溶液中，得到丝蛋白溶液；预配置的混合溶液为氯化钙和醇类的二元混合溶液；
将丝蛋白溶液置于基板上进行干燥处理，得到改性后的丝素蛋白水凝胶衬底。
进一步地，将干燥后的丝蛋白纤维溶解于预配置的混合溶液中，得到丝蛋白溶液，包括：
将氯化钙溶解于甲酸溶液或者过氧化氢水溶液中，得到第一混合溶液；
将丝蛋白纤维溶解于第一混合溶液中，得到第二混合溶液；
向第二混合溶液中加入预设比例的醇类溶剂，得到丝蛋白溶液；醇类溶剂包括但不限于乙二醇、甘油和六氟异丙醇。
进一步地，第一基底层的材料包括硅。
进一步地，牺牲层的材料包括二氧化硅。
进一步地，第二基底层的材料和绝缘层的材料均包括聚酰亚胺。
进一步地，第一金属层的材料包括铬；
第二金属层的材料包括金。
进一步地，掩膜层的材料包括铝。
相应地，本申请实施例还提供了一种基于脑功能分区的柔性可拆分头皮脑电极的结构，该结构包括：
衬底；衬底为改性后的丝素蛋白水凝胶衬底；
部分区域被衬底包覆的第二基底层；第二基底层被划分为多个间隔分布的待沉积区域；
位于第二基底层上的待沉积区域上的第一金属层；第一金属的下表面与第二基底层贴附；
位于第一金属层上的第二金属层；第二金属层包括第一区域和第二区域，第一区域位于第二区域的内侧，第一金属层的上表面与第二金属层的下表面贴附，第二金属层的第一区域的上表面暴露于空气中；
位于第二基底层上的绝缘层，且绝缘层的部分区域位于第二金属层的第二区域上。
本申请实施例具有如下有益效果：
本申请实施例所公开的一种基于脑功能分区的柔性可拆分头皮脑电极的制备方法及其结构，具体制备方法包括获取头皮曲面拓版图，其中，头皮曲面拓版图中含有多个功能区，基于每个功能区在大脑颅骨上对应区域的弧度，对多个功能区中的部分功能区进行分割处理，得到分割后的多个功能区，并根据分割后的多个功能区确定电极区的数量，以及根据分割后的多个功能区中每个功能区的形状确定每个电极区的形状，基于电极区的数量和每个电极区的形状制备头皮脑电极；头皮脑电极包含多个可拆分的电极区，且每个电极区的衬底为改性后的丝素蛋白水凝胶。基于本申请实施例，根据大脑皮层的各功能区在头皮表面的位置映射以及各功能区在大脑颅骨上对应区域的弧度，确定头皮脑电极中电极区的数量和形状以划分和设计头皮脑电极，进而使得头皮脑电极可以按照不同信号探测部位的需求，进行电极区的拆分和组合使用，可以优化电极制造，覆盖大范围的头皮面积。此外，使用改性后的丝蛋白水凝胶作为电极的外部衬底，可以使得电极具有高柔性和高贴附性，具有良好的操作性，使得佩戴更加舒适，能够实现高空间采样率和高精度的脑电信号无创探测。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案和优点，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它附图。
图1a是本申请实施例所提供的一种网状电极帽的结构示意图；
图1b是本申请实施例所提供的一种环状电极帽的结构示意图；
图1c是本申请实施例所提供的一种帽型电极帽的结构示意图；
图2a～i是本申请实施例所提供的一种多种电极触点的结构示意图；
图3是本申请实施例所提供的一种基于脑功能分区的柔性可拆分头皮脑电极的制备方法的流程示意图；
图4a是本申请实施例所提供的一种大脑皮层上表面被划分为10大功能区的正视图；
图4b是本申请实施例所提供的一种大脑皮层上表面被划分为10大功能区的俯视图；
图5是本申请实施例所提供的一种大脑半侧面沟回结构的示意图；
图6是本申请实施例所提供的一种头皮曲面拓版图；
图7是本申请实施例所提供的一种对图6所示的头皮曲面拓版图进行分割后的多个功能区的结构示意图；
图8是本申请实施例所提供的一种制备头皮脑电极的方法的流程示意图；
图9是本申请实施例所提供的一种制备头皮脑电极的工艺流程图；
图10是本申请实施例所提供的一种头皮脑电极的具体结构示意图；
图11是本申请实施例所提供的一种制备衬底的方法的流程示意图；
图12是本申请实施例所提供的一种基于脑功能分区的柔性可拆分头皮脑电极的结构示意图。
具体实施方式
为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本申请实施例作进一步地详细描述。显然，所描述的实施例仅仅是本申请一个实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
此处所称的“实施例”是指可包含于本申请至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本申请实施例的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”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申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的结构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申请的限制。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或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含的包括一个或者更多个该特征。而且，术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请实施例能够以除了在这里图示或描述以外的顺序实施。此外，术语“包括”、“具有”和“为”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤的过程、方法、结构、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤。
下面介绍本申请一种基于脑功能分区的柔性可拆分头皮脑电极的制备方法的具体实施例，图3是本申请实施例提供的一种基于脑功能分区的柔性可拆分头皮脑电极的制备方法的流程示意图，本说明书提供了如实施例或流程图所示的方法操作步骤，但基于常规或者无创造性的劳动可以包括更多或者更少的操作步骤。实施例中列举的步骤顺序仅仅为众多执行顺序中的一种方式，不代表唯一的执行顺序，在实际执行时，可以按照实施例或者附图所示的方法顺序执行或者并行执行。具体的如图3所示，该方法包括：
S301：获取头皮曲面拓版图；头皮曲面拓版图中含有多个功能区。
在脑图谱中，根据组织细胞的排列可以将大脑皮层细致地划分为52个功能区，其中，大脑皮层上表面可以被划分为10大功能区，具体可以包括 1-视觉区、2-联络区、3-自主肌群运动区、4-语言区、5-听觉区、6-感觉区、 7-躯体感觉联合区、8-韦尼克氏区、9-眼球运动区和10-高级心理机能区。如图4a示例了大脑皮层上表面被划分为10大功能区的正视图，图4b示例了大脑皮层上表面被划分为10大功能区的俯视图。
本申请实施例中，如图5所示示例了一种大脑半侧面沟回结构的示意图，将大脑皮层上的沟回结构映射至大脑颅骨上，使得大脑皮层定位标志点可以和大脑颅骨定位标志点存在如下表1所示的一一对应关系，并确定大脑皮层上表面被划分的多个功能区在大脑颅骨上的对应区域。在一种可选的实施方式中，可以基于多个功能区在大脑颅骨上的对应区域，对头皮曲面拓版，绘制大脑皮层上表面多个功能区的平面示意图，如图6示例了一种头皮曲面拓版图，该头皮曲面拓版图中含有多个功能区，多个功能区的符号标记与上文中描述的10大功能区的划分标识是一致的。根据图6可以确定多个功能区中每个功能区的形状是不规则的。
表1
| ASyP前侧裂点 | ASqP前鳞状点 |
| IRP下中央沟点 | SSqP上鳞状点 |
| IFS/PreCS额下沟与中央前沟交点 | St冠状点 |
| SFS/PreCS额上沟与中央前沟交点 | PCoP冠状后点 |
| SRP上中央沟点 | SSaP上矢状点 |
| IPS/PostCS顶内沟与中央后沟交点 | IPP顶内点 |
| EOF/POS枕外裂内侧点或顶枕沟上端 | La/Sa人字缝/冠状缝交点 |
| SMG缘上回上部 | Eu顶结点 |
| postSTS颞上沟后端 | TPP颞顶点 |
| dCaF距状裂后端 | OpCr枕后点 |
如此，在下文中制备出头皮脑电极时可以根据电极区贴附头皮的位置，推测出该位置对应的大脑皮层定位标志点，以及根据大脑皮层定位标志点确定出对应的大脑颅骨定位标志点，并基于电极区在该位置获取的电信号，检测出病变的具体区域。
S303：基于每个功能区在大脑颅骨上对应区域的弧度，对多个功能区中的部分功能区进行分割处理，得到分割后的多个功能区。
脑颅是由8块骨构成的，包括成对的颞骨和顶骨，不成对的额骨、筛骨、蝶骨和枕骨，由于各骨的形状结构不同，使得脑颅各区域的弧度也不尽相同。
本申请实施例中，基于每个功能区在大脑颅骨上对应区域的弧度，对多个功能区中的部分功能区进行分割处理，具体可以对多个功能区中弧度值较大的部分功能区进行分割处理，使得该弧度值较大的部分功能区中每个功能区都被划分为多个面积更小的功能区。基于图6所示的含有多个功能区的头皮曲面拓版图举例进行说明，例如，对弧度值较大的1-视觉区进行分割处理，使得视觉区被分割为1-1、1-2和1-3，对弧度值较大的2-联络区进行分割处理，使得联络区被分割为2-1和2-2，对弧度值较大的3-自主肌群运动区进行分割处理，使得自主肌群运动区被分割为3-1和3-2，对弧度值较大的6-感觉区进行分割处理，使得感觉区被分割为6-1和6-2，对弧度值较大的8-韦尼克氏区进行分割处理，使得韦尼克氏区被分割为8-1和 8-2，得到如图7所示的分割后的多个功能区。将弧度值较大的部分功能区进行再分割，可以得到弧度值相对较小的且面积较小的多个功能区，如此，可以使得在下文中制备头皮脑电极时，分割后的多个功能区对应电极区可以更加贴合患者头部。
S305：根据分割后的多个功能区确定电极区的数量，以及根据分割后的多个功能区中每个功能区的形状确定每个电极区的形状。
本申请实施例中，对多个功能区中的部分功能区进行分割处理，得到分割后的多个功能区之后，可以确定分割后的多个功能区的数量为需要制备的头皮脑电极的电极区的数量，并且可以确定分割后的多个功能区中每个功能区的形状为需要制备的头皮脑电极的电极区的形状，也就是说，分割后的多个功能与需要制备的头皮脑电极的电极区是一一对应的，包括数量、形状以及相对于大脑颅骨的位置。
S307：基于电极区的数量和每个电极区的形状制备头皮脑电极；头皮脑电极包含多个可拆分的电极区，且每个电极区的衬底为改性后的丝素蛋白水凝胶。
采用本申请实施例所提供的基于脑功能分区的柔性可拆分头皮脑电极的制备方法，可以根据大脑皮层的各功能区在头皮表面的位置映射以及各功能区在大脑颅骨上对应区域的弧度，确定头皮脑电极中电极区的数量和形状以划分和设计头皮脑电极，进而使得头皮脑电极可以按照不同信号探测部位的需求，进行电极区的拆分和组合使用，可以优化电极制造，覆盖大范围的头皮面积。此外，使用改性后的丝蛋白水凝胶作为电极的外部衬底，可以使得电极具有高柔性和高贴附性，具有良好的操作性，使得佩戴更加舒适，能够实现高空间采样率和高精度的脑电信号无创探测。
本申请实施例中，图8是本申请实施例提供的一种制备头皮脑电极的方法的流程示意图，图9是本申请实施例所提供的一种制备头皮脑电极的工艺流程图，制备头皮脑电极的步骤具体包括：
S801：获取第一基底层。
本申请实施例中，第一基底层可以具体是直径为10cm的圆形硅片，即一块四英寸大小的圆形硅片。
S803：在第一基底层上生长牺牲层，且在牺牲层上旋涂固化第二基底层。
本申请实施例中，牺牲层可以具体是二氧化硅层，即在一块四寸大小的硅片的上表面生长厚度值为2微米的二氧化硅层作为牺牲层。如图9a示例了第一基底层和牺牲层的结构示意图，图中，第一基底层的上表面与牺牲层的下表面贴合。
本申请实施例中，在第一基底层上生长牺牲层之后，在牺牲层上旋涂第二基底层，并热固化该第二基底层，一种可选的实施方式中，该第二基底层可以是聚酰亚胺(polyimide，PI)，利用其无明显熔点、耐高温和高绝缘性的特性，以保证整个器件制备的稳定性。如图9b示例了在牺牲层上旋涂固化第二基底层的结构示意图，图中，牺牲层的上表面与第二基底层的下表面贴附。
S805：对第二基底层进行光刻，使得第二基底层被划分为多个间隔分布的待沉积区域。
本申请实施例中，在牺牲层上旋涂固化第二基底层之后，需要对第二基底层的上表面进行光刻，即在第二基底层的上表面进行光刻，使得第二基底层被划分为多个间隔分布的待沉积区域。在光刻过中可以具体使用型号为LC100A的PR光刻胶，如此，可以得到如图9c示例的对第二基底层进行光刻后的结构示意图，图中，凹陷区域为待沉积区域。
S807：在多个待沉积区域上沉积第一金属层，且在第一金属层上沉积第二金属层。
本申请实施例中，在多个待沉积区域的每个待沉积区域上沉积第一金属层，该第一金属层的材料可以具体为铬Cr，之后，再在第一金属层上沉积第二金属层，该第二金属层的材料可以具体为金Au，使得第一金属层的下表面与第二基底层中待沉积区域的上表面贴附，第一金属层的上表面与第二金属层的下表面贴附。
在一种具体的实施方式中，对第二基底层的上表面进行金属层的沉积，使得在第二基底层中去除光刻胶后的多个待沉积区域上沉积金属层，且使得第二基底层中除多个待沉积区域外的多个区域对应的光刻胶上也沉积金属层。如图9d示例了在多个待沉积区域上沉积第一金属层和第二金属层之后，得到的结构示意图。
S809：在沉积有第一金属层和第二金属层的第二基底层上旋涂固化绝缘层。
本申请实施例中，在多个待沉积区域沉积第一金属层和第二金属层之后，需要去除第二基底层上表面的光刻胶，得到如图9e所示的沉积有第一金属层和第二金属层的结构示意图。在去除第二基底层上表面的光刻胶得到沉积有第一金属层和第二金属层的结构之后，在该结构的上表面旋涂固化绝缘层，该绝缘层也可以是与上文中第二基底层材料相同的聚酰亚胺 (polyimide，PI)。如图9f示例了在沉积有第一金属层和第二金属层的第二基底层上旋涂固化绝缘层的结构示意图，图中，绝缘层的下表面的一部分区域与第二基底层的部分上表面贴附，绝缘层的下表面的另一部分区域与第二金属层的上表面贴附。
S811：在绝缘层上第二金属层对应的区域制备掩膜层，使得绝缘层被划分为多个间隔分布的待刻蚀区域；掩膜层的面积大于第二金属层的面积。
本申请实施例中，在第二基底层上旋涂固化绝缘层之后，利用溅射镀膜工艺在绝缘层的上表面第二金属层对应的区域制备掩膜层，该掩膜层的材料可以具体为铝Al，并且，每块掩膜层的面积大于对应的第二金属层的面积，如图9g示例了在绝缘层上第二金属层对应的区域制备掩膜层后得到的结构示意图，图中，掩膜层的下表面与绝缘侧的部分上表面贴附，图中凹陷为待刻蚀区域。
S813：对待刻蚀区域和第二基底层中待刻蚀区域对应的区域进行刻蚀，得到网状结构。
本申请实施例中，基于上文中被掩膜层划分的多个间隔分布的待刻蚀区域，对绝缘侧的待刻蚀区域进行刻蚀，且对第二基底层中待刻蚀区域对应的区域进行刻蚀，得到如图9h示例了刻蚀后的结构的示意图。
S815：对掩膜层中第二金属层对应的区域和绝缘层中第二金属层对应的区域进行刻蚀，使得第二金属层的部分区域暴露于空气中，得到电极触点。
本申请实施例中，第二金属是可以包括第一区域和第二区域，其中，第一区域在第二区域的内侧。在得到网状结构之后，对掩膜层中第二金属层对应的区域进行等离子刻蚀，使得第二金属的第一区域暴露于空气中，得到电极触点，且使得第二金属的第二区域的上表面仍与绝缘层的部分下表面贴附。
S817：去除牺牲层，得到电极区。
本申请实施例中，在得到电极触点之后，去除牺牲层使得第二基底层及其上部分结构与牺牲层分离，以释放器件，得到多个电极区，需要进行说明的是，多个电极区间相邻电极区间是可以拆分的。
S819：将电极区固化在衬底上，得到头皮脑电极；衬底为改性后的丝素蛋白水凝胶。
本申请实施例中，在得到电极区之后，需要将电极区转移固化至水凝胶衬底上，得到头皮脑电极。
采用本申请实施例所提供的一种制备头皮脑电极的方法，采用柔性电子加工工艺在每块电极区制备出“三明治”夹心式的整体电极结构，可以使得每块电极独立贴附于需要探测的部位。如图10示例一种头皮脑电极的具体结构示意图，图中Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ、Ⅶ、Ⅷ、Ⅸ和Ⅹ可以表示10个电极区，10个电极区可以拆分开使用，例如，单独使用电极区Ⅰ，将其对应的粘合区域(图中阴影部分)贴附在图4b中9对应的区域进行特定功能区的信号探测。
本申请实施例中，图11是本申请实施例提供的一种制备衬底的方法的流程示意图，制备衬底的步骤具体包括：
S1101：将家蚕茧纤维置于碳酸钠溶液中煮沸，去除丝胶蛋白，得到丝蛋白纤维。
本申请实施例中，将家蚕茧纤维置于0.02M Na2CO3溶液中加热30分钟，直至煮沸，去除家蚕纤维中的丝胶蛋白，得到丝蛋白纤维。
S1103：利用蒸馏水冲洗丝蛋白纤维，且对冲洗后的丝蛋白纤维进行干燥处理。
本申请实施例中，在得到丝蛋白纤维后，用蒸馏水冲洗剩下的丝蛋白纤维三次以上，之后，将冲洗完成的丝蛋白纤维置于空气中干燥24小时，得到脱胶后的丝蛋白。
S1105：将干燥处理后的丝蛋白纤维溶解于预配置的混合溶液中，得到丝蛋白溶液；预配置的混合溶液为氯化钙和醇类的二元混合溶液。
本申请实施例中，可以将氯化钙溶解于甲酸溶液或者过氧化氢水溶液中，得到第一混合溶液，再将丝蛋白纤维溶解于第一混合溶液中，得到第二混合溶液，最后向第二混合溶液中加入预设比例的醇类溶剂，得到丝蛋白溶液，其中，醇类溶剂包括但不限于乙二醇、甘油和六氟异丙醇。
在一种可选的实施方式中，将1g氯化钙溶解于20g的甲酸溶液或者 20ml的过氧化氢水溶液中，得到第一混合溶液，再将3g丝蛋白纤维溶解于第一混合溶液中，得到第二混合溶液，并按照第二混合溶液60％的比例向第二混合溶液中加入预设比例的醇类溶剂，诱导丝蛋白交联，使其在水中高度稳定，得到丝蛋白溶液。
S1107：将丝蛋白溶液置于基板上进行干燥处理，得到改性后的丝素蛋白水凝胶衬底。
本申请实施例中，将得到的丝蛋白溶液均匀地倒在一块PET基板上，放置于空气中干燥24小时，得到改性后的丝素蛋白水凝胶衬底。
采用本申请实施例所提供的制备衬底的方法所得到的改性后的丝素蛋白水凝胶衬底，具有良好的透气性，可以有效吸收汗液，可以减轻患者长期佩戴监测过程中汗液对皮肤的刺激，同时还可以降低因汗液在电极-头皮解除界面扩散而产生短路的风险。
本申请实施例还提供了一种基于脑功能分区的柔性可拆分头皮脑电极的结构，图12是本申请实施例所提供的一种基于脑功能分区的柔性可拆分头皮脑电极的结构示意图该结构包括：
衬底1201；衬底为改性后的丝素蛋白水凝胶衬底；
部分区域被衬底包覆的第二基底层1202；第二基底层被划分为多个间隔分布的待沉积区域；
位于第二基底层上的待沉积区域上的第一金属层1203；第一金属的下表面与第二基底层贴附；
位于第一金属层上的第二金属层1204；第二金属层包括第一区域和第二区域，第一区域位于第二区域的内侧，第一金属层的上表面与第二金属层的下表面贴附，第二金属层的第一区域的上表面暴露于空气中；
位于第二基底层上的绝缘层1205，且绝缘层的部分区域位于第二金属层的第二区域上。
本申请实施例中的结构与制备头皮脑电极的方法实施例基于同样的申请构思。
由上述本申请提供的一种基于脑功能分区的柔性可拆分头皮脑电极的制备方法及其结构，具体制备方法包括获取头皮曲面拓版图，其中，头皮曲面拓版图中含有多个功能区，基于每个功能区在大脑颅骨上对应区域的弧度，对多个功能区中的部分功能区进行分割处理，得到分割后的多个功能区，并根据分割后的多个功能区确定电极区的数量，以及根据分割后的多个功能区中每个功能区的形状确定每个电极区的形状，基于电极区的数量和每个电极区的形状制备头皮脑电极；头皮脑电极包含多个可拆分的电极区，且每个电极区的衬底为改性后的丝素蛋白水凝胶。基于本申请实施例，根据大脑皮层的各功能区在头皮表面的位置映射以及各功能区在大脑颅骨上对应区域的弧度，确定头皮脑电极中电极区的数量和形状以划分和设计头皮脑电极，进而使得头皮脑电极可以按照不同信号探测部位的需求，进行电极区的拆分和组合使用，可以优化电极制造，覆盖大范围的头皮面积。此外，使用改性后的丝蛋白水凝胶作为电极的外部衬底，可以使得电极具有高柔性和高贴附性，具有良好的操作性，使得佩戴更加舒适，能够实现高空间采样率和高精度的脑电信号无创探测。
需要说明的是：上述本申请实施例的先后顺序仅仅为了描述，不代表实施例的优劣，且上述本说明书对特定的实施例进行了描述，其他实施例也在所附权利要求书的范围内。在一些情况下，在权利要求书中记载的动作或者步骤可以按照不同的实施例中的顺序来执行并且能够实现预期的结果。另外，在附图中描绘的过程不一定要求示出特定顺序或者而连接顺序才能够实现期望的结果，在某些实施方式中，多任务并行处理也是可以的或者可能是有利的。
本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的均为与其他实施例的不同之处。尤其，对于结构的实施例而言，由于其基于相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。
以上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来说，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，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种基于脑功能分区的柔性可拆分头皮脑电极的制备方法，其特征在于，包括：
获取头皮曲面拓版图；所述头皮曲面拓版图中含有多个功能区；
基于所述每个功能区在大脑颅骨上对应区域的弧度，对所述多个功能区中的部分功能区进行分割处理，得到分割后的多个功能区；
根据所述分割后的多个功能区确定电极区的数量，以及根据所述分割后的多个功能区中每个功能区的形状确定每个电极区的形状；
基于所述电极区的数量和所述每个电极区的形状制备头皮脑电极；所述头皮脑电极包含多个可拆分的电极区，且所述每个电极区的衬底为改性后的丝素蛋白水凝胶。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述制备方法还包括制备所述头皮脑电极的步骤；
所述制备所述头皮脑电极，包括：
获取第一基底层；
在所述第一基底层上生长牺牲层，且在所述牺牲层上旋涂固化第二基底层；
对所述第二基底层进行光刻，使得所述第二基底层被划分为多个间隔分布的待沉积区域；
在所述多个待沉积区域上沉积第一金属层，且在所述第一金属层上沉积第二金属层；
在沉积有所述第一金属层和所述第二金属层的第二基底层上旋涂固化绝缘层；
在所述绝缘层上所述第二金属层对应的区域制备掩膜层，使得所述绝缘层被划分为多个间隔分布的待刻蚀区域；所述掩膜层的面积大于所述第二金属层的面积；
对所述待刻蚀区域和所述第二基底层中所述待刻蚀区域对应的区域进行刻蚀，得到网状结构；
对所述掩膜层中所述第二金属层对应的区域和所述绝缘层中所述第二金属层对应的区域进行刻蚀，使得第二金属层的部分区域暴露于空气中，得到电极触点；
去除所述牺牲层，得到电极区；
将所述电极区固化在衬底上，得到头皮脑电极；所述衬底为改性后的丝素蛋白水凝胶。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述制备方法还包括制备所述衬底的步骤；
所述制备所述衬底，包括：
将家蚕茧纤维置于碳酸钠溶液中煮沸，去除丝胶蛋白，得到丝蛋白纤维；
利用蒸馏水冲洗所述丝蛋白纤维，且对冲洗后的丝蛋白纤维进行干燥处理；
将干燥处理后的丝蛋白纤维溶解于预配置的混合溶液中，得到丝蛋白溶液；所述预配置的混合溶液为氯化钙和醇类的二元混合溶液；
将丝蛋白溶液置于基板上进行干燥处理，得到所述改性后的丝素蛋白水凝胶衬底。
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述将干燥后的丝蛋白纤维溶解于预配置的混合溶液中，得到丝蛋白溶液，包括：
将氯化钙溶解于甲酸溶液或者过氧化氢水溶液中，得到第一混合溶液；
将丝蛋白纤维溶解于所述第一混合溶液中，得到第二混合溶液；
向所述第二混合溶液中加入预设比例的醇类溶剂，得到丝蛋白溶液；所述醇类溶剂包括但不限于乙二醇、甘油和六氟异丙醇。
5.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述第一基底层的材料包括硅。
6.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述牺牲层的材料包括二氧化硅。
7.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述第二基底层的材料和所述绝缘层的材料均包括聚酰亚胺。
8.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述第一金属层的材料包括铬；
所述第二金属层的材料包括金。
9.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述掩膜层的材料包括铝。
10.一种基于脑功能分区的柔性可拆分头皮脑电极的结构，其特征在于，包括：
衬底；所述衬底为改性后的丝素蛋白水凝胶衬底；
部分区域被所述衬底包覆的第二基底层；所述第二基底层被划分为多个间隔分布的待沉积区域；
位于所述第二基底层上的所述待沉积区域上的第一金属层；所述第一金属的下表面与所述第二基底层贴附；
位于所述第一金属层上的第二金属层；所述第二金属层包括第一区域和第二区域，所述第一区域位于所述第二区域的内侧，所述第一金属层的上表面与所述第二金属层的下表面贴附，所述第二金属层的所述第一区域的上表面暴露于空气中；
位于所述第二基底层上的绝缘层，且所述绝缘层的部分区域位于所述第二金属层的所述第二区域上。
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