CN112717280B - 多方向植入式柔性电子器件及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本公开提供了一种多方向植入式柔性电子器件及其制备方法，其中多方向植入式柔性电子器件包括：至少一个复合磁膜器件和与其相连的柱芯；具有自定义磁场分布的复合磁膜器件呈卷曲状结构，并通过水溶性聚合物或固定装置对卷曲状结构进行固定；复合磁膜器件包括：磁性薄膜和贴附在所述磁性薄膜上的柔性电子器件。植入式柔性电子器件植入预设区域后，水解水溶性聚合物或打开固定装置，呈卷曲状结构的复合磁膜器件得到释放，完全展开至平铺状结构。本公开可在有限空间内植入柔性电子器件，扩展了应用场景，可通过单个小径开孔窗即可同步植入多方向、多数量、多功能器件，有效简化植入流程，避免因大孔径、多数量开孔窗而引发的植入风险。

Description

多方向植入式柔性电子器件及其制备方法

技术领域

本公开涉及柔性电路领域，尤其涉及一种基于卷曲柔性磁膜自展开模型构建的多方向植入式柔性电子器件及其制备方法。

背景技术

在医学诊疗领域，除传统的体格检查，即医生运用自己的感官(眼、耳、鼻、手)或借助于简单的诊断工具(听诊器、叩诊锤等)来检查病人身体健康状况，还有逐渐成熟的影像学诊疗和血液生化检测作为辅助手段，上述诊疗手段常集中于体表，适用于短暂的信息获取，可操作时间短、获取信息能力有限。而在很多情况下更需要一些直观、持续、长期的诊疗手段，如脑电信号的长期监测，化学量的持续测量，靶向缓释给药，病理取样及手术，这就要求介入式或植入式的诊疗方式的支持。

目前的介入诊疗分为血管性介入技术和非血管介入技术，包括血管支架置入，肿瘤经皮穿刺活检，泌尿道、消化道、呼吸道、胆道等狭窄的扩张和支架等。在脑科学的诊疗和研究中，也常需要一些植入式的电子器件和设备实现脑部物理量和化学量的检测、脑区刺激及给药等。而现有的介入或植入式设备或器件通常为单一植入，功能单一，工作区域有限；植入器件形态多适用于空间较大的空腔结构或器官，对于空间狭小区域植入难度大，现有的植入器件形态很难满足需求，容易造成阻塞，影响原本的组织机能；多器件植入只能通过多个开孔窗实现，且开孔窗的大小受植入器件大小的严格限制，导致开孔数量和开孔面积增大，增加了手术风险和感染机率，加大了术后护理难度，一定程度延长了病程，减慢了机体恢复时间，甚至会危及生命安全。

上述问题极大地限制了介入或植入诊疗手段的发展，因此，亟需开发一种新的植入模式以实现小开孔窗多数量，多方向器件的植入，展开后大范围工作区域的覆盖。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本公开提供了一种多方向植入式柔性电子器件及其制备方法，以解决以上所提出的技术问题。

(二)技术方案

根据本公开的一个方面，提供了一种多方向植入式柔性电子器件，包括：

至少一个复合磁膜器件，具有自定义磁场分布的所述复合磁膜器件呈卷曲状结构，并通过水溶性聚合物或固定装置对卷曲状结构进行固定；所述复合磁膜器件包括：磁性薄膜和贴附在所述磁性薄膜上的柔性电子器件；

柱芯，至少一个复合磁膜器件与所述柱芯连接；

所述多方向植入式柔性电子器件植入预设区域后，水解所述水溶性聚合物或打开所述固定装置，在所述磁性薄膜的自定义磁场产生的磁性作用和所述柔性电子器件的弹性作用下，所述复合磁膜器件的卷曲状结构进行释放，完全展开至平铺状结构。

在本公开的一些实施例中，多个所述复合磁膜器件绕所述柱芯的外壁面均匀分布。

在本公开的一些实施例中，所述柔性电子器件的数量为n，其中，n≥1；多个所述柔性电子器件在所述磁性薄膜上呈阵列排布。

在本公开的一些实施例中，所述柔性电子器件为用于物理参数测量的柔性电子器件、用于化学参数测量的柔性电子器件、用于进行电刺激或光刺激的柔性电子器件和用于药物释放的柔性电子器件中的一种或多种。

在本公开的一些实施例中，所述卷曲状结构为同向顺次折叠的卷曲状结构、正反交替折叠的卷曲状结构以及同向顺次折叠和正反交替折叠相结合的卷曲状结构中的一种或多种。

在本公开的一些实施例中，所述磁性薄膜采用至少一种折叠方式进行单向充磁后展开获得具有自定义磁场分布的磁性薄膜。

在本公开的一些实施例中，所述复合磁膜器件采用至少一种折叠方式进行单向充磁后展开获得具有自定义磁场分布的复合磁膜器件。

根据本公开的一个方面，提供了一种多方向植入式柔性电子器件的制备方法，包括：

制备具有自定义磁场分布的复合磁膜器件；

将制备得到的所述复合磁膜器件按预设方式进行卷曲，并通过水溶性聚合物或固定装置对所述复合磁膜器件进行固定；

将至少一个所述复合磁膜器件与柱芯连接。

在本公开的一些实施例中，所述制备具有自定义磁场分布的复合磁膜器件还包括：

将钕铁硼与PDMS按一定质量比混合，搅拌均匀，形成黏性油墨，真空抽气；

制备磁性薄膜的浇筑模具；

通过旋涂法或压涂法将所述黏性油墨浇筑于所述浇筑模具，制得固定形态的磁性薄膜；

基于折叠方式对所述磁性薄膜进行折叠并进行单向充磁后展开获得具有自定义磁场分布的所述磁性薄膜；

将所需的柔性电子器件与所述磁性薄膜结合为一个整体，形成复合磁膜器件。

在本公开的一些实施例中，所述制备具有自定义磁场分布的复合磁膜器件还包括：

将钕铁硼与PDMS按一定质量比混合，搅拌均匀，形成黏性油墨，真空抽气；

制备磁性薄膜的浇筑模具；

将混合均匀的所述黏性油墨倾倒于所述浇筑模具，制得固定形态的磁性薄膜；

以制得的所述磁性薄膜为基底，在其上方旋涂PI聚合物，完成所需柔性电子器件的加工；

将所述磁性薄膜和所述柔性电子器件整体从模具剥离，形成复合磁膜器件；

对所述复合磁膜器件采用至少一种折叠方式进行单向充磁后展开获得具有自定义磁场分布的复合磁膜器件。

(三)有益效果

从上述技术方案可以看出，本公开多方向植入式柔性电子器件及其制备方法至少具有以下有益效果其中之一或其中一部分：

(1)本公开可在有限空间内植入柔性电子器件，扩展了应用场景，可通过单个小径开孔窗即可同步植入多方向、多数量、多功能器件，有效简化植入流程，避免因大孔径、多数量开孔窗而引发的植入风险。

(2)本公开通过折纸工艺，实现复合磁膜器件的磁极可控排布和磁场增强，按特定方式卷曲后，在复合磁膜器件不同磁极之间的相互作用力下实现自展开，巧妙地解决了被动驱动问题，简化了实验装备，降低了制备和植入难度，促进了器件的小型化、微型化发展。

附图说明

图1为本公开实施例多方向植入式柔性电子器件的复合磁膜器件卷曲状态的示意图。

图2为本公开实施例多方向植入式柔性电子器件的复合磁膜器件展开状态的示意图。

图3为图1中磁性薄膜的折叠充磁示意图。

图4为图1中柔性电子器件的示意图。

图5为本公开实施例的多方向植入式柔性电子器件制备方法的流程图。

图6为本公开一实施例的制备具有自定义磁场分布的复合磁膜器件制备方法的流程图。

图7为本公开另一实施例的制备具有自定义磁场分布的复合磁膜器件制备方法的流程图。

【附图中本公开实施例主要元件符号说明】

100-复合磁膜器件；

110-磁性薄膜；

111-非折叠区域；

112-折叠区域；

113-充磁方向；

120-柔性电子器件；

121-电极部分；

122-接口部分；

200-柱芯。

具体实施方式

本公开提供了一种多方向植入式柔性电子器件及其制备方法，其中多方向植入式柔性电子器件包括：至少一个复合磁膜器件和与其相连的柱芯；具有自定义磁场分布的复合磁膜器件呈卷曲状结构，并通过水溶性聚合物或固定装置对卷曲状结构进行固定；复合磁膜器件包括：磁性薄膜和贴附在所述磁性薄膜上的柔性电子器件。植入式柔性电子器件植入预设区域后，水解水溶性聚合物或打开固定装置，呈卷曲状结构的复合磁膜器件得到释放，完全展开至平铺状结构。本公开可在有限空间内植入柔性电子器件，扩展了应用场景，可通过单个小径开孔窗即可同步植入多方向、多数量、多功能器件，有效简化植入流程，避免因大孔径、多数量开孔窗而引发的植入风险。

为使本公开的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本公开进一步详细说明。

本公开某些实施例于后方将参照所附附图做更全面性地描述，其中一些但并非全部的实施例将被示出。实际上，本公开的各种实施例可以许多不同形式实现，而不应被解释为限于此数所阐述的实施例；相对地，提供这些实施例使得本公开满足适用的法律要求。

在本公开的第一个示例性实施例中，提供了一种植入式柔性电子器件。图1为本公开实施例植入式柔性电子器件的复合磁膜器件卷曲状态的示意图。如图1所示，本公开植入式柔性电子器件120包括：至少一个复合磁膜器件100和与其相连的柱芯200。具有自定义磁场分布的复合磁膜器件100呈卷曲状结构，并通过水溶性聚合物或固定装置对卷曲状结构进行固定。复合磁膜器件100包括：磁性薄膜110和贴附在所述磁性薄膜110上的柔性电子器件120。

如图1所示，多个复合磁膜器件100绕柱芯200的外壁面均匀分布。其中，柱芯200的截面形状为圆形、多边形、矩形、正方形以及其他本领域技术人员可以获知的几何形状，自此不再一一例举。

图2为本公开实施例植入式柔性电子器件120的复合磁膜器件展开状态的示意图。如图2所示，所述植入式柔性电子器件120植入预设区域后，水解水溶性聚合物或打开固定装置，呈卷曲状结构的所述复合磁膜器件100得到释放，完全展开至平铺状结构。在医疗领域的应用中，手术中可通过单个小径开孔窗即可同步植入多方向、多数量、多功能器件，有效简化植入手术风险和难度，避免因大孔径、多数量开孔窗而引发的植入手术风险。基于折叠方式获得的磁膜通过不同磁极之间的相互作用力克服复杂环境的阻力进行自展开，实现大范围区域作业，无需借助额外的驱动装置，降低了对加工工艺、器件结构排布及电路和供能系统的需求，推动了植入器件的小型化及微型化发展。

以下分别对复合磁膜器件100的各个组成部分进行详细描述。

磁性薄膜110，采用至少一种折叠方式进行单向充磁后展开获得具有自定义磁场分布的磁性薄膜110。

磁性薄膜110利用特定的折叠方式对不同形状的柔性薄膜进行折叠固定，通过单向充磁即可实现在一个磁性薄膜110的不同区域的自定义磁场排布，实现了具有自定义磁场排布和基于边界数量增加的磁性增强型柔性磁铁的制备，不仅极大地简化了制备流程，降低了制备难度，解决了现有技术不可避免的漏磁现象。可以通过调整磁性薄膜110的厚度、折叠方式和折叠次数以获得具有优异磁性能的、适用于不同形状的、具有自定义磁场排列的磁性薄膜110，实现柔性磁铁的多场景应用。

例如，如图3所示，磁性薄膜110剪裁为矩形时，按同向顺次折叠的方式将其折叠，此时磁性薄膜110包括：非折叠区域111和折叠区域112，对折叠后的磁性薄膜110进行如图3所示充磁方向113进行单向充磁后展开，制得具有自定义磁场分布的磁性薄膜110。由此获得符合Halbach阵列的磁场排布，在相邻区域具有90度旋转的磁极性，即磁性薄膜110的一侧增强的磁场分布，另一侧为减弱的磁场分布。

磁性薄膜110的剪裁形状还可以为圆形、花瓣形、多边形或其他本领域技术人员能够获知的几何形状，在此不再一一例举。

如图1和图2所示，多个柔性电子器件120在一个矩形磁性薄膜110上呈直线阵列排布。不同磁性薄膜110的形状对应的柔性电子器件120可以选择的阵列排布方式也不同，以能够实现多参数测量，靶向刺激及药物释放为目的即可，这里不再进行具体的限定。

柔性电子器件120可以为用于物理参数(如温度、压力，或ECOG等)测量的柔性电子器件、用于化学参数(如神经递质、离子或葡萄糖等)测量的柔性电子器件、用于进行电刺激或光刺激的柔性电子器件和用于药物释放的柔性电子器件中的一种或多种。

如图4所示，柔性电子器件120包括电极部分121和接口部分122。其中电极部分121伸入组织腔体或贴合于组织表面进行信号捕获或刺激释放，接口部分122与电路部分和信号传输部分相连。

本公开还提供了一种植入式柔性电子器件的制备方法，通过折叠充磁制备矩形Halbach阵列磁性薄膜110，加工制得以PI薄膜为基底的柔性电子器件，将磁性薄膜110与柔性电子器件的PI薄膜一侧通过键合结合为一个整体，按特定方向卷曲，通过水溶性聚合物或特定装置固定，将其转移固定于植入装置后植入指定区域，聚合物遇水溶解或固定装置打开，释放卷曲复合磁膜器件100，展开后实现大范围、多方向工作区域分布。

图5为本公开实施例的多方向植入式柔性电子器件制备方法的流程图。如图5所示，关于植入式柔性电子器件的制备方法，具体包括：

步骤S510，制备具有自定义磁场分布的复合磁膜器件。

其中，图6为本公开一实施例的制备具有自定义磁场分布的复合磁膜器件制备方法的流程图。如图6所示，所述步骤S510还包括：

步骤S610，将钕铁硼与PDMS按一定质量比混合，搅拌均匀，形成黏性油墨，真空抽气。具体的，黏性油墨包括磁性材料和聚合物。其中，磁性材料包括钕铁硼或铁氧体纳米或微米颗粒中的至少一种。聚合物为硅橡胶、PDMS、聚氨酯、固化剂或环氧树脂中的至少一种。

步骤S620，制备磁性薄膜的浇筑模具。

步骤S630，通过旋涂法或压涂法将黏性油墨浇筑于浇筑模具，制得固定形态的磁性薄膜。

具体的，将混合均匀的黏性油墨倾倒于浇筑模具，用平板工具涂膜均匀，上方覆盖一层PET膜后重物压持，80℃-110℃加热固化30min-1h，将制得的固定形态的磁性薄膜从浇筑模具上剥离。

步骤S640，基于折叠方式对柔性磁膜进行折叠并进行单向充磁后展开获得具有自定义磁场分布的磁性薄膜。关于折叠方式的相关内容在前文已经进行详细的说明，这里不再赘述。

步骤S650，将所需的柔性电子器件与磁性薄膜结合为一个整体，形成复合磁膜器件。

具体的，将加工制得的柔性电子器件通过水溶性胶带从PDMS基底上转印下来，柔性电子器件器件的另一侧为PI基底。紫外持续照射磁膜30min-1h，将柔性电子器件的PI一侧与磁性薄膜照射紫外的一侧紧贴，重物压持，100℃-120℃加热30min-1h，使磁性薄膜与柔性电子器件进行键合。

步骤S520，将制备得到的复合磁膜器件按预设方式进行卷曲，并通过水溶性聚合物或固定装置对复合磁膜器件进行固定。

步骤S530，将至少一个复合磁膜器件与柱芯连接。

在本公开的第二个示例性实施例中，提供了一种多方向植入式柔性电子器件及其制备方法。

与第一实施例的多方向植入式柔性电子器件相比，本实施例多方向植入式柔性电子器件的区别在于：复合磁膜器件采用至少一种折叠方式进行单向充磁后展开获得具有自定义磁场分布的复合磁膜器件。

对应的，本实施例中提供的多方向植入式柔性电子器件的制备方法与第一实施例提供的多方向植入式柔性电子器件的制备方法的区别在于步骤S510制备具有自定义磁场分布的复合磁膜器件的具体方法。

图7为本公开另一实施例的制备具有自定义磁场分布的复合磁膜器件制备方法的流程图。如图7所示，步骤S510还包括：

步骤S710，将钕铁硼与PDMS按一定质量比混合，搅拌均匀，形成黏性油墨，真空抽气。

步骤S720，制备磁性薄膜的浇筑模具。

步骤S730，将混合均匀的黏性油墨倾倒于浇筑模具，用平板工具涂抹均匀，在上方覆盖一层PET膜后重物压持，80℃-110℃加热固化30min，制得固定形态的磁性薄膜。

步骤S740，以步骤S730制得的磁性薄膜为基底，在其上方旋涂PI聚合物，完成所需柔性电子器件的加工。

步骤S750，将磁性薄膜和柔性电子器件整体从模具剥离，形成复合磁膜器件。

步骤S760，对复合磁膜器件采用至少一种折叠方式进行单向充磁后展开获得具有自定义磁场分布的复合磁膜器件。

至此，已经结合附图对本公开实施例进行了详细描述。需要说明的是，在附图或说明书正文中，未绘示或描述的实现方式，均为所属技术领域中普通技术人员所知的形式，并未进行详细说明。此外，上述对各元件和方法的定义并不仅限于实施例中提到的各种具体结构、形状或方式，本领域普通技术人员可对其进行简单地更改或替换。

依据以上描述，本领域技术人员应当对本公开多方向植入式柔性电子器件及其制备方法有了清楚的认识。

综上所述，本公开提供一种多方向植入式柔性电子器件及其制备方法，将钕铁硼与PDMS混合配制成黏性油墨，将其浇筑于模具制得特定形态的柔性磁膜，基于折纸工艺获得具有磁极可控排布和磁场增强的磁膜，形成具有卷曲后可自展开特性的柔性磁膜，并将所需的柔性电子器件与磁膜结合形成复合磁膜器件，卷曲植入指定区域后自展开，实现大范围、多方向区域工作。本公开可通过单个小径开孔窗实现多方向、多数量电子器件的植入，降低了由大孔径、多开孔窗引发的手术风险，极大地简化了植入手术流程，对空间狭小的组织或空隙具有独特的优势，拓宽了植入式诊疗工具的应用场景。

还需要说明的是，实施例中提到的方向用语，例如“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等，仅是参考附图的方向，并非用来限制本公开的保护范围。贯穿附图，相同的元素由相同或相近的附图标记来表示。在可能导致对本公开的理解造成混淆时，将省略常规结构或构造。

并且图中各部件的形状和尺寸不反映真实大小和比例，而仅示意本公开实施例的内容。另外，在权利要求中，不应将位于括号之间的任何参考符号构造成对权利要求的限制。

除非有所知名为相反之意，本说明书及所附权利要求中的数值参数是近似值，能够根据通过本公开的内容所得的所需特性改变。具体而言，所有使用于说明书及权利要求中表示组成的含量、反应条件等等的数字，应理解为在所有情况中是受到「约」的用语所修饰。一般情况下，其表达的含义是指包含由特定数量在一些实施例中±10％的变化、在一些实施例中±5％的变化、在一些实施例中±1％的变化、在一些实施例中±0.5％的变化。

再者，单词“包含”不排除存在未列在权利要求中的元件或步骤。位于元件之前的单词“一”或“一个”不排除存在多个这样的元件。

此外，除非特别描述或必须依序发生的步骤，上述步骤的顺序并无限制于以上所列，且可根据所需设计而变化或重新安排。并且上述实施例可基于设计及可靠度的考虑，彼此混合搭配使用或与其他实施例混合搭配使用，即不同实施例中的技术特征可以自由组合形成更多的实施例。

类似地，应当理解，为了精简本公开并帮助理解各个公开方面中的一个或多个，在上面对本公开的示例性实施例的描述中，本公开的各个特征有时被一起分组到单个实施例、图、或者对其的描述中。然而，并不应将该公开的方法解释成反映如下意图：即所要求保护的本公开要求比在每个权利要求中所明确记载的特征更多的特征。更确切地说，如下面的权利要求书所反映的那样，公开方面在于少于前面公开的单个实施例的所有特征。因此，遵循具体实施方式的权利要求书由此明确地并入该具体实施方式，其中每个权利要求本身都作为本公开的单独实施例。

以上所述的具体实施例，对本公开的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本公开的具体实施例而已，并不用于限制本公开，凡在本公开的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种多方向植入式柔性电子器件，包括：

至少一个复合磁膜器件，具有自定义磁场分布的所述复合磁膜器件呈卷曲状结构，并通过水溶性聚合物或固定装置对卷曲状结构进行固定；所述复合磁膜器件包括：磁性薄膜和贴附在所述磁性薄膜上的柔性电子器件；

柱芯，至少一个复合磁膜器件与所述柱芯连接；

所述多方向植入式柔性电子器件植入预设区域后，水解所述水溶性聚合物或打开所述固定装置，在所述磁性薄膜的自定义磁场产生的磁性作用和所述柔性电子器件的弹性作用下，所述复合磁膜器件的卷曲状结构进行释放，完全展开至平铺状结构。

2.根据权利要求1所述的多方向植入式柔性电子器件，其中，多个所述复合磁膜器件绕所述柱芯的外壁面均匀分布。

3.根据权利要求1所述的多方向植入式柔性电子器件，其中，所述柔性电子器件的数量为n，其中，n≥1；多个所述柔性电子器件在所述磁性薄膜上呈阵列排布。

4.根据权利要求1所述的多方向植入式柔性电子器件，其中，所述柔性电子器件为用于物理参数测量的柔性电子器件、用于化学参数测量的柔性电子器件、用于进行电刺激或光刺激的柔性电子器件和用于药物释放的柔性电子器件中的一种或多种。

5.根据权利要求1所述的多方向植入式柔性电子器件，其中，所述卷曲状结构为同向顺次折叠的卷曲状结构、正反交替折叠的卷曲状结构以及同向顺次折叠和正反交替折叠相结合的卷曲状结构中的一种或多种。

6.根据权利要求1所述的多方向植入式柔性电子器件，其中，所述磁性薄膜采用至少一种折叠方式进行单向充磁后展开获得具有自定义磁场分布的磁性薄膜。

7.根据权利要求1所述的多方向植入式柔性电子器件，其中，所述复合磁膜器件采用至少一种折叠方式进行单向充磁后展开获得具有自定义磁场分布的复合磁膜器件。

8.一种如权利要求1至7中任一项所述的多方向植入式柔性电子器件的制备方法，包括：

制备具有自定义磁场分布的复合磁膜器件；

将制备得到的所述复合磁膜器件按预设方式进行卷曲，并通过水溶性聚合物或固定装置对所述复合磁膜器件进行固定；

将至少一个所述复合磁膜器件与柱芯连接；

所述制备具有自定义磁场分布的复合磁膜器件还包括：

将钕铁硼与PDMS按一定质量比混合，搅拌均匀，形成黏性油墨，真空抽气；

制备磁性薄膜的浇筑模具；

通过旋涂法或压涂法将所述黏性油墨浇筑于所述浇筑模具，制得固定形态的磁性薄膜；

基于折叠方式对所述磁性薄膜进行折叠并进行单向充磁后展开获得具有自定义磁场分布的所述磁性薄膜；

将所需的柔性电子器件与所述磁性薄膜结合为一个整体，形成复合磁膜器件；

或者所述制备具有自定义磁场分布的复合磁膜器件还包括：

将钕铁硼与PDMS按一定质量比混合，搅拌均匀，形成黏性油墨，真空抽气；

制备磁性薄膜的浇筑模具；

将混合均匀的所述黏性油墨倾倒于所述浇筑模具，制得固定形态的磁性薄膜；

以制得的所述磁性薄膜为基底，在其上方旋涂PI聚合物，完成所需柔性电子器件的加工；

将所述磁性薄膜和所述柔性电子器件整体从模具剥离，形成复合磁膜器件；

对所述复合磁膜器件采用至少一种折叠方式进行单向充磁后展开获得具有自定义磁场分布的复合磁膜器件。

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