CN112842346B - 柔性电子器件硬脑膜下植入的辅助装置 - Google Patents

Abstract

本公开提供了一种柔性电子器件硬脑膜下植入的辅助装置，包括：柱芯、负压单元和注射单元。至少一个待植入柔性电子器件与柱芯的第一端相连，注射单元与所述柱芯的第二端相连。注射单元嵌设在所述负压单元内，且注射单元与负压单元一体连接。本公开利用负压吸引抓取并提起硬脑膜，增大了硬脑膜与大脑皮层的间距，极大地增加了器件在硬脑膜下的植入空间，更加便于器件的植入。

Description

柔性电子器件硬脑膜下植入的辅助装置

技术领域

本公开涉及柔性电子领域，尤其涉及一种柔性电子器件硬脑膜下植入的辅助装置。

背景技术

脑科学作为生物医学领域研究的热点和难点问题，受到科研工作者的广泛关注。据世界卫生组织统计，各种神经类和精神类疾病在内的脑相关疾病是所有疾病中社会负担最大的，约占28％。因此，重大脑疾病的诊断和干预是未来脑科学领域一项极为重要的研究内容。脑科学从1950s实现电信号记录，突触传递的研究，神经回路的探索及脑机接口的应用，到2000s系统神经科学研究的发展，脑科学的研究进展深受研究工具的制约，同样研究工具的开发和发展对脑科学的研究具有巨大地推动作用。目前，脑科学的测量工具包括：脑电图(EEG)，脑皮层电图(ECoG)，钙成像技术，微电极阵列(micro-electrode array，MEA)，功能性磁共振成像(functional magnetic resonance imaging，FMRI)以及用于单细胞动作电位(LFP Spikes)的记录电极装置。在上述测量工具中，脑电信号测量工具在脑功能探索、神经疾病治疗、人机结合装置的研发等方面发挥着重要的作用。

EEG，ECoG以及LFP Spikes作为三种记录脑电信号的方式，各有优缺点，其中ECoG的测量较EEG噪声干扰小，带宽、功率高，不仅可用于脑电信号的记录，还能进行电刺激及生化刺激，但由于器件需在颅骨开孔并植入硬脑膜下而存在一定的创伤，这无疑对植入方式和植入装置提出了要求。在神经科学中，多参数(包括多种物理信号和化学量)测量器件大多需贴附于大脑皮层，甚至深入脑组织。而硬脑膜作为颅骨下大脑的重要保护屏障，是器件硬脑膜下植入手术中的重要阻碍。目前脑部植入手术多依赖脑立体定位仪，将麻醉的动物置于手术固定装置台，开颅后暴露硬脑膜，在手术显微镜下将硬脑膜开孔至待植入柔性电子器件的截面大小，再将特定的器件经脑立体定位仪植入指定区域，释放后通过牙科水泥和螺钉固定于暴露的颅骨上。该植入方式对植入器件具有极大的局限性，如需测量大范围、多脑区的电信号或化学量，则需大面积、多通道的器件，这就要求大孔径、多数量的硬脑膜开孔窗，而硬脑膜开孔窗面积越大对颅内压等参数均存在一定的影响，增加了对动物脑组织的损伤风险，甚至危及实验动物的生命。上述问题极大地限制了大范围、多脑区多参数测量、脑区刺激及给药等功能性器件的应用。

因此，亟需开发一种新装置以实现经颅骨小开孔窗进行硬脑膜下柔性电子器件植入。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本公开提供了一种柔性电子器件硬脑膜下植入的辅助装置，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，提供了一种柔性电子器件硬脑膜下植入的辅助装置，包括：

至少一个待植入柔性电子器件，与柱芯的第一端相连；

负压单元，所述负压单元吸附于硬脑膜表面；

注射单元，所述注射单元与所述柱芯的第二端相连，所述注射单元嵌设在所述负压单元内，且所述注射单元与所述负压单元一体连接；

所述负压单元产生负压，所述负压单元吸引并抓取所述硬脑膜表面，所述硬脑膜表面与大脑皮质间产生间距；所述注射单元推动所述柱芯，使所述待植入柔性电子器件植入至所述硬脑膜与大脑皮质间。

在本公开的一些实施例中，所述负压单元包括：

负压腔体，负压吸嘴套设在所述负压腔体的第一端的端部；

负压活塞，所述负压活塞与所述负压腔体的第二端连接；

负压吸盘，套设在所述负压吸嘴上，且所述负压吸盘吸附于所述硬脑膜表面。

在本公开的一些实施例中，所述注射单元包括：

注射腔体，嵌设在所述负压单元内，且所述注射腔体外壁与所述负压单元外壁一体相连；

注射活塞，所述注射活塞与所述注射腔体的第二端连接，且所述注射活塞与所述柱芯的第二端相连。

在本公开的一些实施例中，所述负压吸盘为环状结构；所述负压吸盘的内环套设于所述注射单元的第一端，所述负压吸盘的外环套设于与所述负压吸嘴；

所述负压腔体的第一端的端部上设置有至少一个负压吸引孔，所述负压吸引孔沿所述负压腔体的第一端的周向均匀分布。

在本公开的一些实施例中，所述负压腔体为L型结构，所述负压腔体包括第一子腔和第二子腔；所述注射单元嵌设在所述第一子腔内；所述负压活塞与所述第二子腔相连。

在本公开的一些实施例中，所述注射单元与所述第一子腔同轴设置。

在本公开的一些实施例中，所述第一子腔的轴线和所述第二子腔的轴线间的夹角为α，其中，0°＜α＜180°。

在本公开的一些实施例中，至少一个所述待植入柔性电子器件沿所述柱芯的周向和/或沿所述柱芯的径向均匀分布。

在本公开的一些实施例中，所述待植入柔性电子器件植入前呈卷曲状；所述待植入柔性电子器件植入至所述硬脑膜与所述大脑皮质间，所述待植入柔性电子器件进行释放，使所述待植入柔性电子器件呈平铺状。

在本公开的一些实施例中，所述柱芯的截面形状为圆形、矩形、多边形和椭圆形中的任一种。

(三)有益效果

从上述技术方案可以看出，本公开柔性电子柔性电子器件硬脑膜下植入的辅助装置至少具有以下有益效果其中之一或其中一部分：

(1)本公开负压单元的设置，利用负压吸引抓取并提起硬脑膜，增大了硬脑膜与大脑皮层的间距，极大地增加了器件在硬脑膜下的植入空间，更加便于器件的植入。

(2)本公开中采用柱芯搭载待植入柔性电子器件，实现了通过单个小径开孔窗即可同步植入多方向、覆盖面积广的器件，避免了大孔径、多数量的硬脑膜开孔窗，简化了植入手术流程，降低了对动物脑组织的损伤风险。

(3)本公开将负压腔体和注射腔体进行拼接组装，确保负压单元中吸引通路的密封性。

附图说明

图1为本公开实施例柔性电子器件硬脑膜下植入的辅助装置的示意图。

图2为本公开实施例使用柔性电子器件硬脑膜下植入的辅助装置植入器件的过程示意图。

【附图中本公开实施例主要元件符号说明】

1：注射单元；

1-1：注射腔体；

1-2：注射活塞；

2：负压单元；

2-1：负压腔体；

2-2：负压活塞；

3：柱芯；

4：待植入柔性电子器件；

5：负压吸引孔；

6：负压吸嘴；

7：负压吸盘；

8：硬脑膜；

9：大脑皮质。

具体实施方式

本公开提供了一种柔性电子器件硬脑膜下植入的辅助装置，包括：柱芯、负压单元和注射单元。至少一个待植入柔性电子器件与柱芯的第一端相连，注射单元与柱芯的第二端相连。注射单元嵌设在负压单元内，且注射单元与负压单元一体连接。本公开利用负压吸引抓取并提起硬脑膜，增大了硬脑膜与大脑皮层的间距，极大地增加了器件硬脑膜下植入后的伸展及扩张空间，更加便于器件的植入。

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，提供了一种柔性电子器件硬脑膜下植入的辅助装置。图1为本公开实施例柔性电子器件硬脑膜下植入的辅助装置的示意图。如图1所示，本公开柔性电子器件硬脑膜下植入的辅助装置，包括：注射单元1、负压单元2和柱芯3。至少一个待植入柔性电子器件4与柱芯3的第一端相连，注射单元1与柱芯3的第二端相连。注射单元1嵌设在负压单元2内，且注射单元1与负压单元2一体连接。

以下分别对本实施例柔性电子器件硬脑膜下植入的辅助装置的各个组成部分进行详细描述。

本公开的一个实施例中负压单元2包括：负压腔体2-1、负压活塞2-2和负压吸盘7。负压吸嘴6套设在负压腔体2-1的第一端的端部，负压活塞2-2与负压腔体2-1的第二端连接。负压吸盘7套设在负压吸嘴6上，且负压吸盘7吸附于硬脑膜8表面。

关于负压吸盘7的结构需要说明的是，负压吸盘7为环状结构。具体的，负压吸盘7的内环套设于注射单元1的第一端，负压吸盘7的外环套设于与负压吸嘴6。负压吸盘7的材料为硅胶、PDMS或Ecoflex。

负压腔体2-1的第一端的端部设置有至少一个负压吸引孔5，负压吸引孔5沿负压腔体2-1的第一端的周向均匀分布。负压吸引孔5的设置，可以贯通负压腔体和待植入的组织，保证抽吸组织表面膜过程中气道的通畅。

关于负压腔体2-1的一个实施例中，负压腔体2-1为L型结构，更加便于注射单元1的推射操作。具体的，负压腔体2-1包括第一子腔和第二子腔。注射单元1嵌设在第一子腔内；负压活塞2-2与第二子腔相连。

可选地，注射单元1与第一子腔同轴设置，或者注射单元1与第一子腔非同轴设置。

关于第一子腔和第二子腔的分布形式可以有以下实施例。

实施例1

第一子腔和第二子腔垂直设置。即第一子腔的轴线和第二子腔的轴线间的夹角为α，其中，α＝90°。

实施例2

第一子腔和第二子腔非垂直设置。即第一子腔的轴线和第二子腔的轴线间的夹角为α，其中，0°＜α＜90°，或者90°＜α＜180°。

本公开的另一个实施例中负压单元2可以为任何可以产生负压的装置，例如，注射器、空气泵，以能够实现产生腔内负压为准，并不仅限于前述实施例公开的负压单元2。

负压单元2的设置，针对与实体组织之间存在间隙的薄膜或空腔组织，负压吸引展现出了巨大优势，不仅增大了可操作空间，同时极大地减少的对组织的损伤。

本公开的一个实施例中注射单元1包括：注射腔体1-1和注射活塞1-2。

注射腔体1-1，嵌设在负压单元2内，且注射腔体1-1外壁与负压单元2外壁一体相连。

例如，注射腔体1-1和负压腔体2-1通过光固化胶将注射腔体1-1外壁与负压单元2外壁一体相连。

在一些实施例中，注射腔体1-1和负压腔体2-1可以为内外嵌设的一体结构。

例如，将聚合物(如：PMMA，PP等)浇筑于腔体模具，制得注射腔体1-1和负压腔体2-1可以为内外嵌设的一体结构。

注射活塞1-2与注射腔体1-1的第二端连接，且注射活塞1-2与柱芯3的第二端相连。

关于待植入柔性电子器件4在柱芯3上的分布方式，具体如下说明。

至少一个待植入柔性电子器件4沿柱芯3的周向均匀分布(即如图中的水平分布)，或者至少一个待植入柔性电子器件4沿柱芯3的径向均匀分布(即如图中的垂直分布)，或者多个待植入柔性电子器件4同时沿柱芯3的周向和径向均匀分布。

进一步的关于柱芯3的截面形状，可以为圆形、矩形、多边形和椭圆形中的任一种，其他未列出的几何形状也可以适用，这里不再做具体限定。

在一些实施例中，待植入柔性电子器件4植入前呈卷曲状。待植入柔性电子器件4植入至硬脑膜8与大脑皮质9间，通过水解水溶性聚合物或打开固定装置驱动，呈卷曲状的待植入柔性电子器件4进行释放，使呈卷曲状的待植入柔性电子器件4完全展开，直至待植入柔性电子器件4呈平铺状。

本公开可经单个小开孔窗通过注射单元1将多个待植入柔性电子器件4推注植入硬脑膜8下大脑皮质9区域或脑组织内，每个待植入柔性电子器件4均适用于大范围、多脑区的脑电信号、脑压、温度等物理量及神经递质、多种离子及葡萄糖等化学量的测量，特定脑区刺激及给药，无需再进行大孔径、多数量的硬脑膜8开窗，极大地降低了由硬脑膜8开孔窗的数量和面积增加所致的动物脑组织损伤。

图2为本公开实施例使用柔性电子器件硬脑膜下植入的辅助装置植入器件的过程示意图。如图2所示，

A中，负压单元2的负压吸盘7吸附于硬脑膜8表面。

B中，向外(如图中向左)拉动负压活塞2-2，此时负压腔体2-1内产生负压，负压吸需7吸引并抓取硬脑膜8表面，使硬脑膜8表面与大脑皮质9间产生间距，以增加具有可扩展型形态变化的柔性电子器件植入后的伸展空间。

C中，注射单元1的注射活塞1-2推动柱芯3(如图中向下)，使待植入柔性电子器件4植入至硬脑膜8表面与大脑皮质9间。

D中，待植入柔性电子器件4植入至硬脑膜8与大脑皮质9间后，通过水解水溶性聚合物或打开固定装置驱动，呈卷曲状的待植入柔性电子器件4进行释放，使呈卷曲状的待植入柔性电子器件4完全展开，直至待植入柔性电子器件4呈平铺状。

本公开提供的柔性电子器件硬脑膜下植入的辅助装置，适用但不仅限于任何通过颅骨小开孔窗进入硬脑膜下，形态可扩展型变化器件的植入。

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柔性电子器件硬脑膜下植入的辅助装置有了清楚的认识。

综上所述，本公开提供一种利用负压吸引抓取并提起硬脑膜，增大了硬脑膜与大脑皮层的间距的柔性电子器件硬脑膜下植入的辅助装置，极大地增加了器件在硬脑膜下的植入空间，更加便于器件的植入，对推动神经科学的研究进展具有重要意义。

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。

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。

说明书与权利要求中所使用的序数例如“第一”、“第二”、“第三”等的用词，以修饰相应的元件，其本身并不意味着该元件有任何的序数，也不代表某一元件与另一元件的顺序、或是制造方法上的顺序，该些序数的使用仅用来使具有某命名的一元件得以和另一具有相同命名的元件能做出清楚区分。

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 (7)

1.一种柔性电子器件硬脑膜下植入的辅助装置，包括：

至少一个待植入柔性电子器件，与柱芯的第一端相连；

负压单元，所述负压单元吸附于硬脑膜表面；

注射单元，所述注射单元与所述柱芯的第二端相连，所述注射单元嵌设在所述负压单元内，且所述注射单元与所述负压单元一体连接；

所述负压单元产生负压，所述负压单元吸引并抓取所述硬脑膜表面，所述硬脑膜表面与大脑皮质间产生间距；所述注射单元推动所述柱芯，使所述待植入柔性电子器件植入至所述硬脑膜与大脑皮质间；

其中，所述待植入柔性电子器件植入前呈卷曲状；所述待植入柔性电子器件植入至所述硬脑膜与所述大脑皮质间，所述待植入柔性电子器件进行释放，使所述待植入柔性电子器件呈平铺状；

其中，所述负压单元包括：

负压腔体，负压吸嘴套设在所述负压腔体的第一端的端部；

负压活塞，所述负压活塞与所述负压腔体的第二端连接；

负压吸盘，套设在所述负压吸嘴上，且所述负压吸盘吸附于所述硬脑膜表面；

其中，所述负压腔体为L型结构，所述负压腔体包括第一子腔和第二子腔；所述注射单元嵌设在所述第一子腔内；所述负压活塞与所述第二子腔相连。

2.根据权利要求1所述的辅助装置，其中，所述注射单元包括：

注射腔体，嵌设在所述负压单元内，且所述注射腔体外壁与所述负压单元外壁一体相连；

注射活塞，所述注射活塞与所述注射腔体的第二端连接，且所述注射活塞与所述柱芯的第二端相连。

3.根据权利要求1所述的辅助装置，其中，所述负压吸盘为环状结构；所述负压吸盘的内环套设于所述注射单元的第一端，所述负压吸盘的外环套设于与所述负压吸嘴；

所述负压腔体的第一端的端部设置有至少一个负压吸引孔，所述负压吸引孔沿所述负压腔体的第一端的周向均匀分布。

4.根据权利要求1所述的辅助装置，其中，所述注射单元与所述第一子腔同轴设置。

5.根据权利要求1所述的辅助装置，其中，所述第一子腔的轴线和所述第二子腔的轴线 间的夹角为

，其中，

。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的辅助装置，其中，至少一个所述待植入柔性电子器件沿所述柱芯的周向和/或沿所述柱芯的径向均匀分布。

7.根据权利要求1至5中任一项所述的辅助装置，其中，所述柱芯的截面形状为圆形、矩形、多边形和椭圆形中的任一种。

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