CN111973181B - 一种集成采集刺激功能的皮层脑电极及其制作方法 - Google Patents
一种集成采集刺激功能的皮层脑电极及其制作方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN111973181B CN111973181B CN202010857954.XA CN202010857954A CN111973181B CN 111973181 B CN111973181 B CN 111973181B CN 202010857954 A CN202010857954 A CN 202010857954A CN 111973181 B CN111973181 B CN 111973181B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- electrode
- stimulation
- electrode structure
- layer
- insulating layer
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 230000000638 stimulation Effects 0.000 title claims abstract description 108
- 210000004556 brain Anatomy 0.000 title claims abstract description 76
- 230000001054 cortical effect Effects 0.000 title claims abstract description 38
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 14
- 230000006870 function Effects 0.000 claims abstract description 21
- 230000004936 stimulating effect Effects 0.000 claims abstract description 21
- 239000010410 layer Substances 0.000 claims description 134
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 32
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 17
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims description 17
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims description 17
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 17
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 16
- 239000012790 adhesive layer Substances 0.000 claims description 11
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 8
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 8
- 235000012239 silicon dioxide Nutrition 0.000 claims description 8
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 claims description 8
- BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N Silver Chemical compound [Ag] BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 238000000059 patterning Methods 0.000 claims description 4
- 238000003306 harvesting Methods 0.000 claims description 3
- 229920002379 silicone rubber Polymers 0.000 claims description 3
- 230000003925 brain function Effects 0.000 abstract description 7
- 238000001514 detection method Methods 0.000 abstract description 3
- 239000007772 electrode material Substances 0.000 description 6
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 5
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 5
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 5
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 5
- 239000004642 Polyimide Substances 0.000 description 4
- 238000000034 method Methods 0.000 description 4
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 4
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229920001721 polyimide Polymers 0.000 description 4
- 238000003466 welding Methods 0.000 description 4
- 239000004593 Epoxy Substances 0.000 description 3
- 238000013461 design Methods 0.000 description 3
- 210000005036 nerve Anatomy 0.000 description 3
- 230000001443 photoexcitation Effects 0.000 description 3
- VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N Chromium Chemical group [Cr] VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 241000282414 Homo sapiens Species 0.000 description 2
- 230000008859 change Effects 0.000 description 2
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000011651 chromium Substances 0.000 description 2
- 238000011161 development Methods 0.000 description 2
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 2
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 2
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000008569 process Effects 0.000 description 2
- 238000011160 research Methods 0.000 description 2
- 210000004761 scalp Anatomy 0.000 description 2
- 208000014644 Brain disease Diseases 0.000 description 1
- 229910000566 Platinum-iridium alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 241000288906 Primates Species 0.000 description 1
- 238000013473 artificial intelligence Methods 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 230000002457 bidirectional effect Effects 0.000 description 1
- 210000003710 cerebral cortex Anatomy 0.000 description 1
- RZVXOCDCIIFGGH-UHFFFAOYSA-N chromium gold Chemical compound [Cr].[Au] RZVXOCDCIIFGGH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 1
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 1
- 210000003618 cortical neuron Anatomy 0.000 description 1
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 1
- 238000003745 diagnosis Methods 0.000 description 1
- HTXDPTMKBJXEOW-UHFFFAOYSA-N dioxoiridium Chemical compound O=[Ir]=O HTXDPTMKBJXEOW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000003814 drug Substances 0.000 description 1
- 229940079593 drug Drugs 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 230000001037 epileptic effect Effects 0.000 description 1
- 230000008579 epileptogenesis Effects 0.000 description 1
- 239000003822 epoxy resin Substances 0.000 description 1
- 230000002349 favourable effect Effects 0.000 description 1
- 239000003269 fluorescent indicator Substances 0.000 description 1
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 1
- 230000014509 gene expression Effects 0.000 description 1
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010931 gold Substances 0.000 description 1
- 238000003384 imaging method Methods 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 238000007917 intracranial administration Methods 0.000 description 1
- 230000009545 invasion Effects 0.000 description 1
- 229910000457 iridium oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000003902 lesion Effects 0.000 description 1
- 230000033001 locomotion Effects 0.000 description 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 1
- 239000007769 metal material Substances 0.000 description 1
- 238000000465 moulding Methods 0.000 description 1
- 230000000926 neurological effect Effects 0.000 description 1
- 230000004007 neuromodulation Effects 0.000 description 1
- 230000000149 penetrating effect Effects 0.000 description 1
- 238000000206 photolithography Methods 0.000 description 1
- HWLDNSXPUQTBOD-UHFFFAOYSA-N platinum-iridium alloy Chemical class [Ir].[Pt] HWLDNSXPUQTBOD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229920000647 polyepoxide Polymers 0.000 description 1
- 238000005070 sampling Methods 0.000 description 1
- 230000035807 sensation Effects 0.000 description 1
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000004332 silver Substances 0.000 description 1
- 238000004528 spin coating Methods 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
- A61B5/0059—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons using light, e.g. diagnosis by transillumination, diascopy, fluorescence
- A61B5/0082—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons using light, e.g. diagnosis by transillumination, diascopy, fluorescence adapted for particular medical purposes
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
- A61B5/40—Detecting, measuring or recording for evaluating the nervous system
- A61B5/4076—Diagnosing or monitoring particular conditions of the nervous system
- A61B5/4094—Diagnosing or monitoring seizure diseases, e.g. epilepsy
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B2562/00—Details of sensors; Constructional details of sensor housings or probes; Accessories for sensors
- A61B2562/12—Manufacturing methods specially adapted for producing sensors for in-vivo measurements
- A61B2562/125—Manufacturing methods specially adapted for producing sensors for in-vivo measurements characterised by the manufacture of electrodes
Landscapes
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Neurology (AREA)
- Heart & Thoracic Surgery (AREA)
- Molecular Biology (AREA)
- Veterinary Medicine (AREA)
- Biophysics (AREA)
- Pathology (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Biomedical Technology (AREA)
- Neurosurgery (AREA)
- Medical Informatics (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Surgery (AREA)
- Animal Behavior & Ethology (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Public Health (AREA)
- Physiology (AREA)
- Electrotherapy Devices (AREA)
- Measurement And Recording Of Electrical Phenomena And Electrical Characteristics Of The Living Body (AREA)
Abstract
本发明涉及脑功能探测领域,特别涉及一种集成采集刺激功能的皮层脑电极及其制作方法。本发明公开了一种集成采集刺激功能的皮层脑电极,其包括光刺激电极结构、热刺激电极结构和采集电极结构;该光刺激电极结构上设有柔性粘接层;该柔性粘接层上设有该热刺激电极结构;该热刺激电极结构上设有该采集电极结构,进而使得该皮层脑电极兼具光刺激和热刺激功能,并能够通过采集电极结构采集、记录上述光、热刺激产生的信号,对脑功能进行研究,该皮层脑电极具有功能多样和集成度高的特点。
Description
技术领域
本发明涉及脑功能探测领域,特别涉及一种集成采集刺激功能的皮层脑电极及其制作方法。
背景技术
脑监测技术能够对脑电信号进行采集,进而有助于脑功能解码,随着脑监测技术的发展,也促进了一系列以此为基础的高新技术发展,比如:脑机接口、神经调控等。一般,针对脑电信号采集的方法主要依靠脑部电极,目前应用比较广泛的脑部电极包括4种:1)头皮脑电(EEG);2)皮层脑电(ECoG);3)皮层微电极(Microelectrode);4)深度脑电极(SEEG)。这四种电极各具优势,但是也有其应用的局限性。总体而言,介于颅内刺入式微电极和头皮外脑电极之间的脑部皮层平面电极(ECoG),放置电极于硬脑膜下皮层表面,由于其侵入损伤小,采集的脑部皮层表面电信号ECoG,比EEG信噪比高、分辨率高(达亚微米级)、信号采集频率范围更大,包含皮层神经元群体活动信息,在脑疾病的诊断与监测、脑机接口系统的性能改善等方面具有广泛的应用前景。ECoG采集可认为在信号保真度和临床实用性之间达到了理想的平衡。
通常利用ECoG在患者脑部检测到的信号可以被用于判断癫痫发生的具体位置。ECoG既可以检测癫痫病灶,也可用于描绘和判断脑部功能分区,如语言区、肢体感觉区、躯体运动区等等。常见的刺激形式包括有电刺激、光刺激、热刺激、药物刺激等多种,其中电刺激是最简单而全面的刺激形式,而且目前的电极结构仅具有单一刺激功能,使得刺激区域以及强度均不可控,然而现实生活中,人脑网络是复杂的,故上述电极结构不能满足人类对于脑功能的探测和研究。
发明内容
本发明要解决的是现有技术的脑电极刺激功能单一的技术问题。
为解决上述技术问题,本申请在一方面公开了一种集成采集刺激功能的皮层脑电极,其特征在于,包括:光刺激电极结构、热刺激电极结构和采集电极结构;
该光刺激电极结构上设有柔性粘接层;
该柔性粘接层上设有该热刺激电极结构;
该热刺激电极结构上设有该采集电极结构。
可选地,该光刺激电极结构包括第一支撑层、第一导电结构、第一绝缘层和微米级LED灯;
该第一支撑层上设有该第一导电结构;
该第一导电结构上设有第一绝缘层,该第一绝缘层设有第一电极孔,该第一电极孔与该第一导电结构的电极对应;
该第一导电结构的电极上设有该微米级LED灯。
可选地,该微米级LED灯与该第一导电结构的电极通过导电银胶连接。
可选地,热刺激电极结构包括第二支撑层、电阻结构和第二绝缘层;
该第二支撑层与该柔性粘结层连接;
该第二支撑层上设有该电阻结构;
该电阻结构上设有该第二绝缘层。
可选地,该采集电极结构包括第二导电结构和第三绝缘层;
该第二导电结构设于该第二绝缘层上;
该第二导电结构上设有该第三绝缘层,该第三绝缘层包括第二电极孔,该第二电极孔与该第二导电结构的电极对应。
可选地,该柔性粘接层的材料包括硅酮弹性体。
可选地,还包括金属屏蔽结构;
该金属屏蔽结构位于该热刺激电极结构和采集电极结构之间。
本申请在另一方面公开了一种集成采集刺激功能的皮层脑电极的制作方法,其包括如下步骤:
提供一表面具有二氧化硅的第一硅衬底;
在该第一硅衬底上形成热刺激电极结构;
在该热刺激电极结构上形成采集电极结构,得到待释放热刺激-采集电极结构;
释放该待释放热刺激-采集电极结构得到热刺激-采集电极结构;
制备光刺激电极结构;
在该光刺激电极结构上形成柔性粘接层;
将该热刺激-采集电极结构转移到该柔性粘接层上,该热刺激电极结构与该柔性粘接层连接。
可选地,该制备光刺激电极结构,包括:
提供一表面具有二氧化硅的第二硅衬底;
在该第二硅衬底上形成第一支撑层;
在该第一支撑层上形成第一导电结构;
在该第一导电结构上形成第一绝缘层;
图形化该第一绝缘层,在该第一绝缘层上形成第一电极孔,该第一电极孔与该光刺激电极结构的电极对应,得到待释放光刺激结构;
去除该待释放光刺激结构的该硅衬底;
在该光刺激电极结构的电极上安装微米级LED灯,得到光刺激电极结构。
可选地,该第一支撑层的材料为非降解型柔性薄膜材料。
采用上述技术方案,本申请提供的脑电极具有如下有益效果:
本申请提供公开了一种集成采集刺激功能的皮层脑电极,其包括光刺激电极结构、热刺激电极结构和采集电极结构;该光刺激电极结构上设有柔性粘接层;该柔性粘接层上设有该热刺激电极结构;该热刺激电极结构上设有该采集电极结构,使得该皮层脑电极兼具光刺激和热刺激功能,进而能够对脑部神经进行相应的刺激,再通过采集电极结构采集对应的脑电信号,对脑功能进行研究,与现有技术中仅具有单一刺激功能的脑电极结构相比,本申请提供的皮层脑电极具有功能多样和集成度高的优点。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案,下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍,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他的附图。
图1为本申请第一种皮层脑电极的结构示意图;
图2为本申请光刺激电极结构的截面图;
图3为本申请光刺激电极结构的第一导电结构的俯视图;
图4为本申请安装微米级LED灯的光刺激电极结构的俯视图;
图5为本申请热刺激电极结构和采集电极结构的截面图;
图6为本申请采集电极结构的第二绝缘层和第二导电结构的俯视图;
图7为本申请热刺激电极结构的电阻结构的俯视图;
图8为本申请第二种皮层脑电极的结构示意图;
图9为本申请第三种皮层脑电极的结构示意图;
图10~19为本申请光刺激电极结构的制作流程图;
图20~27为本申请热刺激电极结构和采集电极结构的制作流程图。
以下对附图作补充说明:
1-光刺激电极结构;101-第一支撑层;102-第一导电结构;103-第一绝缘层;1031-第一电极孔;104-导电银胶;105-微米级LED灯;2-热刺激电极结构;201-第二支撑层;202-电阻结构;203-第二绝缘层;3-采集电极结构;301-第二导电结构;3011-采集电极;3012-采集电极引线;302-第三绝缘层;3021-第二电极孔;4-柔性粘接层;5-金属屏蔽结构;501-第四绝缘层;502-屏蔽电极结构;6-表面具有二氧化硅的第一硅衬底;7-阻挡层;8-通孔;9-待释放光刺激结构;10-表面具有二氧化硅的第二硅衬底。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图,对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然,所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例,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“一个实施例”或“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。在本申请的描述中,需要理解的是,术语“上”、“下”、“顶”、“底”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申请的限制。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的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。
如图1所示,图1为本申请第一种皮层脑电极的结构示意图。本申请公开了一种集成采集刺激功能的皮层脑电极,其包括光刺激电极结构1、热刺激电极结构2和采集电极结构3;该光刺激电极结构1上设有柔性粘接层4;该柔性粘接层4上设有该热刺激电极结构2;该热刺激电极结构2上设有该采集电极结构3,使得该皮层脑电极兼具光刺激和热刺激功能,进而能够对脑部神经进行相应的刺激,再通过采集电极结构3采集对应的脑电信号,对脑功能进行研究,与现有技术中仅具有单一刺激功能的脑电极结构相比,本申请提供的皮层脑电极具有功能多样和集成度高的优点。
在一种可选地实施方式中,如图2所示,图2为本申请光刺激电极结构的截面图。该光刺激电极结构1包括第一支撑层101、第一导电结构102、第一绝缘层103和微米级LED灯105;该第一支撑层101上设有该第一导电结构102;该第一导电结构102上设有第一绝缘层103,该第一绝缘层103设有第一电极孔1031,该第一电极孔1031与该第一导电结构102的电极对应;该第一导电结构102的电极上设有该微米级LED灯105,可选地,该微米级LED灯105还可以用其他发光器件或者材料代替,例如mini-LED、有机发光材料等。
作为示例,如图3和图4所示,图3为本申请光刺激电极结构的第一导电结构102的俯视图;图4为本申请安装微米级LED灯的光刺激电极结构的俯视图。从图3可以看出,将该脑电极均匀分为四个区域,图3中的矩形块为该LED灯的正极焊点,与正极焊点直接连接的是正极引线,其余部分的阴影区域为负极电极,该种设计有利于减小第一电极结构的电阻,也具有结构简单的优点,当然根据需要,光刺激电极结构1的第一电极结构的设计还可以是直接设计成均具有引线和电极焊点的正、负极电极结构,从而能够减少第一电极结构的区域,进而降低材料成本,也就是说,本申请的第一导电结构102的设计包括但不限于上述示例,只要结构合理,并能与该微米级LED等形成完成的电连接即可。从图4可以看出,每个区域内均匀放置有6个微米级LED灯105,从而使得该脑电极具有光刺激功能。
在另一种可选地实施方式中,脑电极的尺寸包括5.5毫米×5.5毫米、6毫米×6毫米或者4毫米×7毫米,而且区域划分也可以是五个或者六个,可以根据需要设计脑电极内第一导电结构102、电阻结构202以及第二导电结构301的密度。
上述方案中,由于光刺激源是LED灯,故而可通过控制器控制不同位置的LED灯的开关和亮度等,进而能够控制对大脑施予刺激的范围和强度,达到定点光刺激的目的。
在一种可选地实施方式中,该光刺激电极结构1包括第一光刺激电极材料层和第二光刺激电极材料层;该第二光刺激电极材料层设于该第一光刺激电极材料层上;该第一光刺激电极材料层的材料为铬;该第二光刺激电极材料层的材料包括金、银或者铂。
在一种可选地实施方式中,该第一支撑层101为非降解型柔性薄膜材料,优选地,该第一支撑层101的材料为聚酰亚胺,当然在其他实施例中,该第一支撑层101的材料还可以是环氧树脂SU-8等。
在一种可选地实施方式中,该微米级LED灯105与该第一导电结构102的电极通过导电银胶104连接,具有成型加工简单、导电性能好和方阻小的优点,在另一种可选地实施方式中,该微米级LED灯105与该第一导电结构102的电极还可以通过连接。
在一种可选地实施方式中,如图5至图8所示,图5为本申请热刺激电极结构和采集电极结构的截面图;图6为本申请采集电极结构的第二绝缘层和第二导电结构的俯视图;图7为本申请热刺激电极结构的电阻结构的俯视图,如图8所示,图8为本申请第二种皮层脑电极的结构示意图。热刺激电极结构2包括第二支撑层201、电阻结构202和第二绝缘层203;该第二支撑层201与该柔性粘接层4连接;该第二支撑层201上设有该电阻结构202;该电阻结构202上设有该第二绝缘层203,其中电阻结构202为该脑电极提供热源,从图5中可以看出,在皮层脑电极的四个区域上,各分布有一条电阻丝,该电阻丝的形状类似于方波,该电阻丝的两端连接有电阻丝引线以及与其他外部设备连接的焊点,当然,该电阻丝还可以是三角波或者是正余弦波等,该电阻丝能够满足所需预设的热量即可。
在一种可选地实施方式中,该采集电极结构3包括第二导电结构301和第三绝缘层302;该第二导电结构301设于该第二绝缘层203上;该第二导电结构301上设有该第三绝缘层302,该第三绝缘层302包括第二电极孔3021,该第二电极孔3021与该第二导电结构301的电极对应。
在一种可选地实施方式中,从图7可知,该采集电极结构包括采集电极3011和采集电极引线3012,刺激电极结构包括刺激电极和刺激电极引线,其中采集电极3011和刺激电极可以直接与电脑皮层接触,采集电极引线3012和刺激电极引线则用于连接电极和外界各类设备。具体地,从图7可以看出,该脑电极上均匀分布有多道的采集电极结构3,优选地,该采集电极结构3的数量为128道,图7中未全示出,从而能够基本覆盖所有施予刺激的范围,与上述光刺激电极结构1和热刺激电极结构2的配合,从而实现与刺激同时刻、同位点的信号采集。
在一种可选地实施方式中,该采集电极结构3包括第一采集电极3011材料层和第二采集电极3011材料层;该第二采集电极3011材料层设于该第一采集电极3011材料层上;该第一采集电极3011材料层的材料为铬;该第二采集电极3011材料层的材料包括铂、铱、氧化铱或者铂铱合金。
在一种可选地实施方式中,该第一支撑层101、第二支撑层201为非降解型柔性薄膜材料,优选地,该电极柔性支撑层的材料为聚酰亚胺,当然在其他实施例中,上述支撑层的材料还可以是环氧树脂SU-8等。
该第一支撑层101、第二支撑层201的厚度为0.1~100μm,具体地,支撑层的厚度为4.5μm,当然,还可以是0.8μm、5μm、15μm、30μm、50μm、85μm等。
在一种可选实施方式中,第一绝缘层103、第二绝缘层203和第三绝缘层302的材料为聚酰亚胺非导电薄膜,还可以是其他柔性薄膜,例如环氧树脂SU-8等,作为示例,上述绝缘层的厚度为0.1~100μm,优选地,上述绝缘层的厚度为2μm。在其他实施例中,绝缘层的厚度还可以0.8μm、1μm、5μm、15μm、30μm、50μm、85μm等。
在一种可选地实施方式中,该柔性粘接层4的材料包括硅酮弹性体,具有化学稳定性和热稳定性好的优点。
在一种可选地实施方式中,如图9所示,图9为本申请第三种皮层脑电极的结构示意图;该皮层脑电极包括金属屏蔽结构5;该金属屏蔽结构5位于该热刺激电极结构2和采集电极结构3之间,有效减小了开关微米级LED灯时,电磁干扰对神经信号采集的影响。具体地,该金属屏蔽包括屏蔽电极结构502和第四绝缘层501;该第四绝缘层501位于第二绝缘层203上,该第四绝缘层501位于该屏蔽电极结构502上。在一种可选地实施方式中,第四绝缘层501的材料、厚度与第三绝缘层302相同;该屏蔽电极结构502为金属线结构,具体地该屏蔽电极结构502的材料层与采集电极结构3相同。
在一种应用场景中,将上述皮层脑电极贴附于待测体的脑上,例如鼠脑,可基本覆盖全鼠脑,能够选择性的对四个区域的微米级LED进行供电,从而控制给予光刺激的区域,并可控制LED的点亮个数从而控制所给予的光刺激强度。可同时采集到皮层的脑电信号变化,包括有接受光刺激原位点的信号。对皮层施以光刺激,结合特定的基因表达并加以荧光指示剂成像,将有机会看到灵长类动物的神经机制。也就是说,上述皮层脑电极使可提供强度可调的光刺激及定点同时采集。
在另一种应用场景中,将上述皮层脑电极贴附于待测体的脑上,例如鼠脑,可基本覆盖全鼠脑,此时,可控制电阻结构202通电与否,选择性对某区域鼠脑加以热刺激,并同时可利用电极的采集功能提供同时刻的脑电信号采集。也是说,上述皮层脑电极可提供区域可选择的热刺激并同时采集信号。
以上两个应用场景中,均可以采集到刺激同时刻、原位点的脑电信号,上述应用场景中分别提到的两种刺激情况亦可同时施加于脑皮层。
如图10至27所示,其中,图10~19为本申请光刺激电极结构1的制作流程图;图20~27为本申请热刺激电极结构2和采集电极结构3的制作流程图;本申请在另一方面公开了一种集成采集刺激功能的皮层脑电极的制作方法,其包括如下步骤:
S101:提供一表面具有二氧化硅的第一硅衬底6;
S102:在该第一硅衬底上形成热刺激电极结构2;
S103:在该热刺激电极结构2上形成采集电极结构3,得到待释放热刺激-采集电极结构;
S104:释放该待释放热刺激-采集电极结构得到热刺激-采集电极结构;
S105:制备光刺激电极结构1;
S106:在该光刺激电极结构1上形成柔性粘接层4;
S107:将该热刺激-采集电极结构转移到该柔性粘接层4上,该热刺激电极结构2与该柔性粘接层4连接。
在一种可选地实施方式中,步骤S105包括:
S201:提供一表面具有二氧化硅的第二硅衬底10;
S202:在该第二硅衬底上形成第一支撑层101;
S203:在该第一支撑层101上形成第一导电结构102;
S204:在该第一导电结构102上形成第一绝缘层103;
S205:图形化该第一绝缘层103,在该第一绝缘层103上形成第一电极孔1031,该第一电极孔1031与该光刺激电极结构1的电极对应,得到待释放光刺激结构9;
S206:去除该待释放光刺激结构9的该硅衬底;
S207:在该光刺激电极结构1的电极上安装微米级LED灯105,得到光刺激电极结构1。
在一种可选地实施方式中,步骤S203,包括:
S2031:在第一支撑层101上旋涂阻挡层7;
S2032:通过光刻工艺图形化阻挡层7,使得该阻挡层7上形成通孔8;
S2033:在所述通孔8内沉积导电材料;
S2034:去除阻挡层7,使得第一支撑层101上形成第一导电结构102。
在一种可选地实施方式中,形成热刺激电极结构2和形成采集电极结构3的步骤与上述形成第一导电结构102相同,且热刺激电极结构2包括第二支撑层201、电阻结构202和第二绝缘层203;该第二支撑层201与该柔性粘接层4连接;该第二支撑层201上设有该电阻结构202;该电阻结构202上设有该第二绝缘层203,其中电阻结构202为该脑电极的热源;该采集电极结构3包括第二导电结构301和第三绝缘层302;该第二导电结构301设于该第二绝缘层203上;该第二导电结构301上设有该第三绝缘层302,该第三绝缘层302包括第二电极孔3021,该第二电极孔3021与该第二导电结构301的电极对应。
在一种可选地实施方式中,在步骤S103,包括:
S1031:在该热刺激电极结构2上形成屏蔽电极结构502;
S1032:在该屏蔽电极结构502上形成采集电极结构3,得到待释放热刺激-采集电极结构。
需要说明的是,上述制作皮层脑电的方法中,第一导电结构102、电阻结构202、屏蔽结构以及第二导电结构301均为铬-金复合金属材料;上述支撑层以及绝缘层的材料可以均为聚酰亚胺柔性材料,还可以是环氧树脂SU-8等柔性材料。
综上所述,本申请提供了一种皮层脑电极,可应用在神经科学研究中大量的同时对脑电采集和对脑同时进行光刺激和热刺激有需求的情况,以及前沿科技与人工智能相关的信号采集、刺激控制等领域。在同一器件中集合了光、热两种不同的刺激功能,且器件同时能够实现信号的采集;器件的光、热刺激均可控制其施加部位和刺激强度,能够适应多种使用场景;电极采集通道均匀且全面的覆盖了接受到刺激的范围,实现了信号采集/刺激的双向一体化;采集通道的高通量也为实现高空间采样率和高精度的脑电信号采集提供支撑。
以上所述仅为本申请可选实施例,并不用以限制本申请,凡在本申请的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本申请的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种集成采集刺激功能的皮层脑电极,其特征在于,包括:光刺激电极结构(1)、热刺激电极结构(2)和采集电极结构(3);
所述光刺激电极结构(1)上设有柔性粘接层(4);
所述柔性粘接层(4)上设有所述热刺激电极结构(2);
所述热刺激电极结构(2)上设有所述采集电极结构(3)。
2.根据权利要求1所述的皮层脑电极,其特征在于,所述光刺激电极结构(1)包括第一支撑层(101)、第一导电结构(102)、第一绝缘层(103)和微米级LED灯(105);
所述第一支撑层(101)上设有所述第一导电结构(102);
所述第一导电结构(102)上设有第一绝缘层(103),所述第一绝缘层(103)设有第一电极孔(1031),所述第一电极孔(1031)与所述第一导电结构(102)的电极对应;
所述第一导电结构(102)的电极上设有所述微米级LED灯(105)。
3.根据权利要求2所述的皮层脑电极,其特征在于,所述微米级LED灯(105)与所述第一导电结构(102)的电极通过导电银胶(104)连接。
4.根据权利要求1所述的皮层脑电极,其特征在于,热刺激电极结构(2)包括第二支撑层(201)、电阻结构(202)和第二绝缘层(203);
所述第二支撑层(201)与所述柔性粘接层(4)连接;
所述第二支撑层(201)上设有所述电阻结构(202);
所述电阻结构(202)上设有所述第二绝缘层(203)。
5.根据权利要求4所述的皮层脑电极,其特征在于,所述采集电极结构(3)包括第二导电结构(301)和第三绝缘层(302);
所述第二导电结构(301)设于所述第二绝缘层(203)上;
所述第二导电结构(301)上设有所述第三绝缘层(302),所述第三绝缘层(302)包括第二电极孔(3021),所述第二电极孔(3021)与所述第二导电结构(301)的电极对应。
6.根据权利要求1所述的皮层脑电极,其特征在于,所述柔性粘接层(4)的材料包括硅酮弹性体。
7.根据权利要求1所述的皮层脑电极,其特征在于,还包括金属屏蔽结构(5);
所述金属屏蔽结构(5)位于所述热刺激电极结构(2)和采集电极结构(3)之间。
8.一种集成采集刺激功能的皮层脑电极的制作方法,其特征在于,包括如下步骤:
提供一表面具有二氧化硅的第一硅衬底(6);
在所述第一硅衬底上形成热刺激电极结构(2);
在所述热刺激电极结构(2)上形成采集电极结构(3),得到待释放热刺激-采集电极结构;
释放所述待释放热刺激-采集电极结构得到热刺激-采集电极结构;
制备光刺激电极结构(1);
在所述光刺激电极结构(1)上形成柔性粘接层(4);
将所述热刺激-采集电极结构转移到所述柔性粘接层(4)上,所述热刺激电极结构(2)与所述柔性粘接层(4)连接。
9.根据权利要求8所述的制作方法,其特征在于,所述制备光刺激电极结构(1),包括:
提供一表面具有二氧化硅的第二硅衬底(10);
在所述第二硅衬底上形成第一支撑层(101);
在所述第一支撑层(101)上形成第一导电结构(102);
在所述第一导电结构(102)上形成第一绝缘层(103);
图形化所述第一绝缘层(103),在所述第一绝缘层(103)上形成第一电极孔(1031),所述第一电极孔(1031)与所述光刺激电极结构(1)的电极对应,得到待释放光刺激结构(9);
去除所述待释放光刺激结构(9)的所述硅衬底;
在所述光刺激电极结构(1)的电极上安装微米级LED灯(105),得到光刺激电极结构(1)。
10.根据权利要求9所述的制作方法,其特征在于,所述第一支撑层(101)的材料为非降解型柔性薄膜材料。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN202010857954.XA CN111973181B (zh) | 2020-08-24 | 2020-08-24 | 一种集成采集刺激功能的皮层脑电极及其制作方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN202010857954.XA CN111973181B (zh) | 2020-08-24 | 2020-08-24 | 一种集成采集刺激功能的皮层脑电极及其制作方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN111973181A CN111973181A (zh) | 2020-11-24 |
CN111973181B true CN111973181B (zh) | 2023-12-08 |
Family
ID=73442826
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN202010857954.XA Active CN111973181B (zh) | 2020-08-24 | 2020-08-24 | 一种集成采集刺激功能的皮层脑电极及其制作方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN111973181B (zh) |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN112604153B (zh) * | 2020-12-10 | 2024-06-07 | 微智医疗器械有限公司 | 电极、电路板及电子设备 |
Citations (15)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6547746B1 (en) * | 2001-08-27 | 2003-04-15 | Andrew A. Marino | Method and apparatus for determining response thresholds |
KR20120034983A (ko) * | 2010-10-04 | 2012-04-13 | 한국과학기술원 | 근적외선을 이용한 무선 뇌 활성조절 장치 및 시스템 |
JP2014123329A (ja) * | 2012-12-21 | 2014-07-03 | Institute Of Physical & Chemical Research | 双方向性記録刺激電極および脳活動記録システム |
CN105194796A (zh) * | 2009-06-09 | 2015-12-30 | 神经毫微股份公司 | 用于控制药物释放到组织中的包含微电极和多重微电极的装置 |
US9339642B1 (en) * | 2013-03-13 | 2016-05-17 | Soterix Medical, Inc. | System and method for conducting multi-electrode electrical stimulation |
CN106073771A (zh) * | 2016-06-29 | 2016-11-09 | 中国科学院上海微系统与信息技术研究所 | 一种可定制多维度高密度柔性脑部电极及其制作方法 |
CN106178271A (zh) * | 2016-07-05 | 2016-12-07 | 上海交通大学 | Led光刺激和电记录集成的柔性神经电极器件及其制备方法 |
CN106580543A (zh) * | 2015-10-19 | 2017-04-26 | 中国科学院理化技术研究所 | 基于液态金属的适形化体表治疗系统 |
CN108388345A (zh) * | 2018-02-28 | 2018-08-10 | 天津大学 | 基于小波多分辨率复杂网络的脑电极优化方法及其应用 |
CN109069829A (zh) * | 2016-03-16 | 2018-12-21 | 于利奇研究中心有限公司 | 用于有效侵入式并且振幅受到调制的神经元刺激的设备 |
KR20190001647A (ko) * | 2017-06-27 | 2019-01-07 | 한국과학기술원 | 광열 신경자극이 가능한 미세전극칩 및 이를 이용한 신경세포 제어 방법 |
CN110367977A (zh) * | 2019-06-26 | 2019-10-25 | 上海交通大学 | 一种光电集成可拉伸柔性神经电极及制备方法 |
CN110801581A (zh) * | 2019-11-08 | 2020-02-18 | 北京师范大学 | 一种人脑光刺激调控装置 |
WO2020069567A1 (en) * | 2018-10-02 | 2020-04-09 | WearOptimo Pty Ltd | Electrode arrangement |
JP2020068960A (ja) * | 2018-10-30 | 2020-05-07 | ヤーマン株式会社 | 刺激付与装置 |
Family Cites Families (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20090112278A1 (en) * | 2007-10-30 | 2009-04-30 | Neuropace, Inc. | Systems, Methods and Devices for a Skull/Brain Interface |
US8901247B2 (en) * | 2010-05-28 | 2014-12-02 | The Regents Of The University Of California | Responsive polymer system and nanohybrid thin films |
US20190001129A1 (en) * | 2013-01-21 | 2019-01-03 | Cala Health, Inc. | Multi-modal stimulation for treating tremor |
US9861288B2 (en) * | 2014-07-11 | 2018-01-09 | Wisconsin Alumni Research Foundation | Transparent and flexible neural electrode arrays |
KR101585151B1 (ko) * | 2015-08-31 | 2016-01-13 | (주)에스디생명공학 | 맞춤형 복합자극이 가능한 피부 기능 개선용 입체 음압 복합 자극기 모듈 |
US20180333587A1 (en) * | 2016-04-22 | 2018-11-22 | Newton Howard | Brain-machine interface (bmi) |
EP3731749A4 (en) * | 2017-12-31 | 2022-07-27 | Neuroenhancement Lab, LLC | NEURO-ACTIVATION SYSTEM AND METHOD FOR ENHANCING EMOTIONAL RESPONSE |
-
2020
- 2020-08-24 CN CN202010857954.XA patent/CN111973181B/zh active Active
Patent Citations (15)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6547746B1 (en) * | 2001-08-27 | 2003-04-15 | Andrew A. Marino | Method and apparatus for determining response thresholds |
CN105194796A (zh) * | 2009-06-09 | 2015-12-30 | 神经毫微股份公司 | 用于控制药物释放到组织中的包含微电极和多重微电极的装置 |
KR20120034983A (ko) * | 2010-10-04 | 2012-04-13 | 한국과학기술원 | 근적외선을 이용한 무선 뇌 활성조절 장치 및 시스템 |
JP2014123329A (ja) * | 2012-12-21 | 2014-07-03 | Institute Of Physical & Chemical Research | 双方向性記録刺激電極および脳活動記録システム |
US9339642B1 (en) * | 2013-03-13 | 2016-05-17 | Soterix Medical, Inc. | System and method for conducting multi-electrode electrical stimulation |
CN106580543A (zh) * | 2015-10-19 | 2017-04-26 | 中国科学院理化技术研究所 | 基于液态金属的适形化体表治疗系统 |
CN109069829A (zh) * | 2016-03-16 | 2018-12-21 | 于利奇研究中心有限公司 | 用于有效侵入式并且振幅受到调制的神经元刺激的设备 |
CN106073771A (zh) * | 2016-06-29 | 2016-11-09 | 中国科学院上海微系统与信息技术研究所 | 一种可定制多维度高密度柔性脑部电极及其制作方法 |
CN106178271A (zh) * | 2016-07-05 | 2016-12-07 | 上海交通大学 | Led光刺激和电记录集成的柔性神经电极器件及其制备方法 |
KR20190001647A (ko) * | 2017-06-27 | 2019-01-07 | 한국과학기술원 | 광열 신경자극이 가능한 미세전극칩 및 이를 이용한 신경세포 제어 방법 |
CN108388345A (zh) * | 2018-02-28 | 2018-08-10 | 天津大学 | 基于小波多分辨率复杂网络的脑电极优化方法及其应用 |
WO2020069567A1 (en) * | 2018-10-02 | 2020-04-09 | WearOptimo Pty Ltd | Electrode arrangement |
JP2020068960A (ja) * | 2018-10-30 | 2020-05-07 | ヤーマン株式会社 | 刺激付与装置 |
CN110367977A (zh) * | 2019-06-26 | 2019-10-25 | 上海交通大学 | 一种光电集成可拉伸柔性神经电极及制备方法 |
CN110801581A (zh) * | 2019-11-08 | 2020-02-18 | 北京师范大学 | 一种人脑光刺激调控装置 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN111973181A (zh) | 2020-11-24 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN108553102B (zh) | 一种柔性可拉伸多通道凸形表面肌电极及其制备方法 | |
CN106073771B (zh) | 一种可定制多维度高密度柔性脑部电极及其制作方法 | |
Csicsvari et al. | Massively parallel recording of unit and local field potentials with silicon-based electrodes | |
Krüger et al. | Simultaneous recording with 30 microelectrodes in monkey visual cortex | |
US10349860B2 (en) | Conformable actively multiplexed high-density surface electrode array for brain interfacing | |
Gloor | Neuronal generators and the problem of localization in electroencephalography: application of volume conductor theory to electroencephalography | |
CN104970788B (zh) | 柔性干电极及其制造方法、以及生物电势采集系统 | |
Fofonoff et al. | Microelectrode array fabrication by electrical discharge machining and chemical etching | |
CN109171718A (zh) | 微针电极阵列装置 | |
CN111990993B (zh) | 一种柔性集成皮层脑电极及其制作方法 | |
US11668698B2 (en) | Apparatus and method for capturing neural recordings | |
JP2004504877A (ja) | 非侵入神経の位置と画像装置のための電極配列とセンサー装着システム | |
CN102544052A (zh) | 柔性颅内皮层微电极芯片及其制备和封装方法及封装结构 | |
EP2914160A1 (de) | Mikroelektrodenarray für ein elektrokortikogramm (ecog) | |
CN113712575B (zh) | 一种全脑多模态神经活动探测的光电脑机接口系统 | |
CN113974637B (zh) | 高度舒适的新型弹性脑电干电极、脑电设备及应用系统 | |
CN111973181B (zh) | 一种集成采集刺激功能的皮层脑电极及其制作方法 | |
Borda et al. | Three-dimensional multilayer concentric bipolar electrodes restrict spatial activation in optic nerve stimulation | |
CN201067402Y (zh) | 医用皮肤电极装置 | |
JP5431057B2 (ja) | 網状生体電極アレイ | |
CN105997061B (zh) | 生物电信号采集装置 | |
CN106388807A (zh) | 一种表面帖附电极阵列制备方法 | |
CN112587156A (zh) | 生物电信号采集与电刺激装置 | |
Ramsey | Signals reflecting brain metabolic activity | |
CN115381457A (zh) | 柔性基底脑机接口信号采集调控探针阵列及其制备方法 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PB01 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
GR01 | Patent grant | ||
GR01 | Patent grant |