CN114259234A - 一种高通量柔性电极的辅助植入装置及组装方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种高通量柔性电极的辅助植入装置及组装方法，辅助植入装置用于辅助柔性电极插入生物体脑内，包括：多个钨丝，用于一一对应固定柔性电极的外露电极；双光子模具，所述双光子模具为通过双光子打印形成的具有多个平行且等间距设置的开口凹槽的模具，所述开口凹槽用于放置钨丝，所述开口凹槽之间的间距与所述柔性电极的外露电极之间的距离相同，所述开口凹槽的宽度和所述钨丝的宽度匹配，所述开口凹槽的长度小于所述钨丝的长度。通过设置双光子模具，使得钨丝可以平行且等间距的分布在双光子模具上，便于柔性电极等间距的固定在钨丝上，有效保证柔性电极的植入效果；解决了现有技术中由于钨丝不平行或间距不相等，影响植入效果的问题。
Description
技术领域
本发明涉及脑功能探测技术领域，尤其涉及一种高通量柔性电极的辅助植入装置及组装方法。
背景技术
神经电生理监测对于脑科学研究和脑疾病诊断具有不可替代的作用，高质量的神经电生理信号采集技术是中国脑科学基础研究和脑疾病临床研究的顺利开展的基础。
对神经电生理信号采集的方法主要依靠脑机接口完成，依据信息采集的方式，其通常被分为植入式与非植入式两种，其中非植入式电极一般指脑电图，能无创地对大脑活动进行观察和记录，一般为电极帽形式，通过从头皮的特定位置采集和记录信号，具体通过将电极植入脑部贴附在硬脑膜上方或者下方，记录神经元的电生理活动，其优点为较为安全，缺点为信号微弱且噪声较强；植入式电极则多指皮层脑电图和穿刺型皮质内电极，需要刺入脑组织，显然可以获得更强大质量更高的脑电信号。因此，在脑电信号的检测和脑科学研究中，植入式电极有着广阔的应用前景。
现有技术中，相比于硬质电极，柔性脑部神经电极与大脑皮层组织的杨氏模量更为相近，极大提高了电极与组织之间的力学适配性，因此，柔性电极更适合植入大脑皮层组织内部进行信号采集。但植入式柔性电极也面临着一系列的问题，例如电极植入效果不好将影响脑电信号采集的质量，获取信息不准确。影响植入电极的因素很多，包括：电极结构、植入手术操作方式以及电极植入不当造成脑组织创伤等。
因此，需要提供一种方便电极植入并且有效保证植入效果并且可以减少植入创伤的辅助植入装置来解决上述技术问题。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种高通量柔性电极的辅助植入装置。解决了现有技术中由于钨丝不平行或间距不相等导致柔性电极组装位置不当，影响植入效果的问题。
本发明的技术效果通过如下实现的：
一种高通量柔性电极的辅助植入装置，用于辅助柔性电极插入生物体脑内，包括：
多个钨丝，用于一一对应固定柔性电极的外露电极；
双光子模具，所述双光子模具为通过双光子打印形成的具有多个平行且等间距设置的开口凹槽的模具，所述开口凹槽用于放置钨丝，所述开口凹槽之间的间距与所述柔性电极的外露电极之间的距离相同，所述开口凹槽的宽度和所述钨丝的宽度匹配，所述开口凹槽的长度小于所述钨丝的长度。
通过设置双光子模具，使得钨丝可以平行且等间距的分布在双光子模具上，便于柔性电极可以等间距的固定在钨丝上，有效保证柔性电极的植入效果，解决了现有技术中由于钨丝不平行或间距不相等导致柔性电极组装位置不当，影响植入效果的问题。
进一步地，所述开口凹槽贯穿于所述双光子模具，所述开口凹槽的截面为V型槽。通过采用全新的双光子打印技术，可以打印出具有贯穿于双光子模具且截面具有V型槽结构的开口凹槽，相比于传统沟道层组装，无需在光刻过程中添加沟道层，减少光刻时间与难度，可以灵活适用于具有不同数量通道的电极，降低了电极设计工艺及后续组装的难度。
另外，还提供一种基于双光子打印的高通量柔性电极组装方法，所述方法基于上述的高通量柔性电极的辅助植入装置实现的，所述方法包括：
获取柔性电极的规格和钨丝的规格，所述柔性电极的规格包括柔性电极的外露电极之间的间距，所述钨丝的规格包括钨丝的宽度和钨丝的长度；
基于双光子打印技术根据所述柔性电极的规格和所述钨丝的规格打印双光子模具，所述双光子模具具有多个平行且等间距设置的开口凹槽；
将钨丝组装在双光子模具的开口凹槽内得到辅助植入装置；
将柔性电极的外露电极固定在对应位置的钨丝从所述开口凹槽的开口伸出的部分钨丝上以完成柔性电极与所述辅助植入装置的固定连接。通过柔性电极的规格和钨丝的规格打印双光子模具，使得可以将柔性电极平行且等间距固定于组装在双光子模具上的钨丝上，使得柔性电极可以在辅助植入装置的辅助下，顺利植入脑组织，降低植入难度，并且保证了柔性电极的植入效果，有利于后续脑信号的采集，同时有效避免电极植入不当造成脑组织创伤。
进一步地，基于双光子打印技术根据所述柔性电极的规格和所述钨丝的规格打印双光子模具，包括：
根据所述柔性电极的规格得到所述柔性电极的外露电极之间的间距；
根据所述钨丝的规格得到所述钨丝的宽度和长度；
基于双光子打印技术根据所述柔性电极的外露电极之间的间距和所述钨丝的宽度和长度打印双光子模具以使所述双光子模具具有多个平行且等间距设置的开口凹槽，所述开口凹槽之间的间距等于所述柔性电极的外露电极之间的间距，所述开口凹槽的宽度和所述钨丝的宽度匹配，所述开口凹槽的长度小于所述钨丝的长度。
进一步地，将钨丝组装于双光子模具上得到辅助植入装置，包括：
将钨丝组装于双光子模具的开口凹槽内；
使用熔融的聚乙二醇将所述钨丝和所述双光子模具固定得到辅助植入装置。
进一步地，熔融的聚乙二醇的相对分子质量为800～2000。通过设置熔融的聚乙二醇来固定钨丝和双光子模具，使得辅助植入装置植入脑组织后，钨丝和双光子模具不会分离，便于直接将钨丝和双光子模具构成的辅助植入装置整体拔出，以便于辅助植入装置回收后继续使用。
进一步地，将柔性电极的外露电极固定在对应的钨丝从所述开口凹槽的开口伸出的部分钨丝上以完成柔性电极与所述辅助植入装置的固定连接，包括：
当用于固定所述钨丝和所述双光子模具的熔融的聚乙二醇干燥后，使用聚乙二醇溶液将柔性电极的外露电极粘贴固定在对应位置的钨丝从所述开口凹槽的开口伸出的部分钨丝上。
进一步地，聚乙二醇溶液的浓度为10％～20％，聚乙二醇溶液中聚乙二醇的相对分子质量为35000～100000。通过设置特定的聚乙二醇溶液，使得采用此聚乙二醇溶液将柔性电极的外露电极粘贴固定在对应位置的钨丝从所述开口凹槽的开口伸出的部分钨丝上，使得辅助植入装置和柔性电极的外露电极同步插入至脑组织后，聚乙二醇溶液可以在脑组织中溶解使得柔性电极与钨丝分离，便于将辅助植入装置拔出，以完成柔性电极的植入。
进一步地，将柔性电极的外露电极固定在对应位置的钨丝从所述开口凹槽的开口伸出的部分钨丝上以完成柔性电极与所述辅助植入装置的固定连接，之后包括：
将柔性电极的硅片固定在所述辅助植入装置上。
进一步地，将柔性电极的硅片固定在所述辅助植入装置上，包括：
将柔性电极的硅片贴附在辅助植入装置上；
使用熔融的聚乙二醇将柔性电极的硅片和辅助植入装置固定。
如上所述，本发明具有如下有益效果：
1)通过设置双光子模具，使得钨丝可以平行且等间距的分布在双光子模具上，便于柔性电极可以等间距的固定在钨丝上，有效保证柔性电极的植入效果，解决了现有技术中由于钨丝不平行或间距不相等导致柔性电极组装位置不当，影响植入效果的问题。
2)通过采用全新的双光子打印技术，可以打印出具有贯穿于双光子模具且截面具有V型槽结构的开口凹槽，相比于传统沟道层组装，无需在光刻过程中添加沟道层，减少光刻时间与难度，可以灵活适用于具有不同数量通道的电极，降低了电极设计工艺及后续组装的难度。
3)通过柔性电极的规格和钨丝的规格打印双光子模具，使得可以将柔性电极平行且等间距固定于组装在双光子模具上的钨丝上，使得柔性电极可以在辅助植入装置的辅助下，顺利植入脑组织，降低植入难度，并且保证了柔性电极的植入效果，有利于后续脑信号的采集，同时有效避免电极植入不当造成脑组织创伤。
4)通过设置熔融的聚乙二醇来固定钨丝和双光子模具，使得辅助植入装置植入脑组织后，钨丝和双光子模具不会分离，便于直接将钨丝和双光子模具构成的辅助植入装置整体拔出，以便于辅助植入装置回收后继续使用。
5)通过设置特定的聚乙二醇溶液，使得采用此聚乙二醇溶液将柔性电极的外露电极粘贴固定在对应位置的钨丝从所述开口凹槽的开口伸出的部分钨丝上，使得辅助植入装置和柔性电极的外露电极同步插入至脑组织后，聚乙二醇溶液可以在脑组织中溶解使得柔性电极与钨丝分离，便于将辅助植入装置拔出，以完成柔性电极的植入。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的技术方案，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发明的一些实施例，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，还能够根据这些附图获得其它附图。
图1为本说明书实施例提供的一种高通量柔性电极的辅助植入装置的结构示意图；
图2为图1的截面图；
图3为本说明书实施例提供的一种基于双光子打印的高通量柔性电极组装方法的流程图。
其中，图中附图标记对应为：
双光子模具1、开口凹槽11。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
需要说明的是，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，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或单元。
如图1-2所示，本说明实施例提供了一种高通量柔性电极的辅助植入装置，用于辅助柔性电极插入生物体脑内，包括：
多个钨丝，用于一一对应固定柔性电极的外露电极；
双光子模具1，所述双光子模具1为通过双光子打印形成的具有多个平行且等间距设置的开口凹槽11的模具，所述开口凹槽11用于放置钨丝，所述开口凹槽11之间的间距与所述柔性电极的外露电极之间的距离相同，所述开口凹槽11的宽度和所述钨丝的宽度匹配，所述开口凹槽11的长度小于所述钨丝的长度。
需要说明的是，现有技术中植入式柔性电极面临着一系列的问题，例如电极植入效果不好将影响脑电信号采集的质量，获取信息不准确。影响植入电极的因素很多，包括：电极结构、植入手术操作方式以及电极植入不当造成脑组织创伤等。
本申请通过设置双光子模具1，使得钨丝可以平行且等间距的分布在双光子模具1上，便于柔性电极可以等间距的固定在钨丝上，有效保证柔性电极的植入效果，解决了现有技术中由于钨丝不平行或间距不相等导致高通量柔性电极组装位置不当，影响植入效果的问题，取代了现有技术中在高通量柔性电机植入前，一一将钨丝固定在对应的柔性电极上的过程中，无法保证钨丝之间平行且等间距的组装方式。
优选地，所述开口凹槽11贯穿于所述双光子模具1，所述开口凹槽11的截面为V型槽。
具体地，本申请中多个开口凹槽11大小相等，开口凹槽11数量为12，钨丝对应设置12根，且钨丝的长度大于开口凹槽11的长度，以使当钨丝一一放入对应的开口凹槽11中且完成固定后，余出一段钨丝，每个钨丝余出此段钨丝的长度相同，此段钨丝的长度和柔性电极的外露电极的长度匹配，以便于后续外露电极固定在此段钨丝上。
通过采用全新的双光子打印技术，可以打印出具有贯穿于双光子模具1且截面具有V型槽结构的开口凹槽11，相比于传统沟道层组装，无需在光刻过程中添加沟道层，减少光刻时间与难度，可以灵活适用于具有不同数量通道的电极，降低了电极设计工艺及后续组装的难度。同时，基于双光子打印技术可以制作开口凹槽11之间间距很小的双光子模具1，生产精度高，以满足不同高通量柔性电极的植入需求。
如图3所示，本说明实施例提供了一种基于双光子打印的高通量柔性电极组装方法，所述方法包括：
S100：获取柔性电极的规格和钨丝的规格，所述柔性电极的规格包括柔性电极的外露电极之间的间距，所述钨丝的规格包括钨丝的宽度和钨丝的长度；
S200：基于双光子打印技术根据所述柔性电极的规格和所述钨丝的规格打印双光子模具1，双光子模具1具有多个平行且等间距设置的开口凹槽11；
S300：将钨丝组装在双光子模具1的开口凹槽11内得到辅助植入装置；
S400：将柔性电极的外露电极固定在对应位置的钨丝从所述开口凹槽11的开口伸出的部分钨丝上以完成柔性电极与所述辅助植入装置的固定连接。
根据步骤S100～S300得到的辅助植入装置为上述实施例中的一种高通量柔性电极的辅助植入装置。
一种具体的实施方式中，步骤S200基于双光子打印技术根据所述柔性电极的规格和所述钨丝的规格打印双光子模具1，包括：
根据所述柔性电极的规格得到所述柔性电极的外露电极之间的间距；
根据所述钨丝的规格得到所述钨丝的宽度和长度；
基于双光子打印技术根据所述柔性电极的外露电极之间的间距和所述钨丝的宽度和长度打印双光子模具1以使所述双光子模具1具有多个平行且等间距设置的开口凹槽11，所述开口凹槽11之间的间距等于所述柔性电极的外露电极之间的间距，所述开口凹槽11的宽度和所述钨丝的宽度匹配，所述开口凹槽11的长度小于所述钨丝的长度；
需要说明的是，通过柔性电极的外露电极之间的间距和钨丝的宽度和长度打印双光子模具，使得可以将柔性电极平行且等间距固定于组装在双光子模具1上的钨丝上，使得柔性电极可以在辅助植入装置的辅助下，顺利植入脑组织，降低植入难度，并且保证了柔性电极的植入效果，有利于后续脑信号的采集，同时有效避免电极植入不当造成脑组织创伤。
一种具体的实施方式中，步骤S300将钨丝组装于双光子模具1上得到辅助植入装置，包括：
将钨丝组装于双光子模具1的开口凹槽11内；
使用熔融的聚乙二醇将所述钨丝和所述双光子模具1固定得到辅助植入装置。
一种具体的实施方式中，熔融的聚乙二醇的相对分子质量为800～2000，优选为800。
通过设置熔融的聚乙二醇来固定钨丝和双光子模具1，使得辅助植入装置植入脑组织后，钨丝和双光子模具1不会分离，便于直接将钨丝和双光子模1构成的辅助植入装置整体拔出，以便于辅助植入装置回收后继续使用。
一种具体的实施方式中，步骤S400将柔性电极的外露电极固定在对应的钨丝从所述开口凹槽11的开口伸出的部分钨丝上以完成柔性电极与所述辅助植入装置的固定连接，包括：
当用于固定所述钨丝和所述双光子模具1的熔融的聚乙二醇干燥后，使用聚乙二醇溶液将柔性电极的外露电极粘贴固定在对应位置的钨丝从所述开口凹槽11的开口伸出的部分钨丝上。
具体地，在外露电极粘贴固定在对应位置的钨丝从所述开口凹槽11的开口伸出的部分钨丝上后，将辅助植入装置和柔性电极的外露电极构成的整体结构插入至脑组织，待聚乙二醇溶液可以在脑组织中溶解后，将辅助植入装置拔出，即完成柔性电极的植入。
一种具体的实施方式中，聚乙二醇溶液的浓度为10％～20％，优选为10％；聚乙二醇溶液中聚乙二醇的相对分子质量为35000～100000，优选为35000。
通过设置特定浓度的聚乙二醇溶液，且设置聚乙二醇溶液中聚乙二醇为特定相对分子质量，使得采用此聚乙二醇溶液将柔性电极的外露电极粘贴固定在对应位置的钨丝从开口凹槽11的开口伸出的部分钨丝上，使得辅助植入装置和柔性电极的外露电极同步插入至脑组织后，聚乙二醇溶液可以在脑组织中溶解使得柔性电极与钨丝分离，便于将辅助植入装置拔出，以完成柔性电极的植入。
一种具体的实施方式中，步骤S400将柔性电极的外露电极固定在对应位置的钨丝从所述开口凹槽11的开口伸出的部分钨丝上以完成柔性电极与所述辅助植入装置的固定连接，之后包括：
将柔性电极的硅片固定在所述辅助植入装置上。
一种具体的实施方式中，将柔性电极的硅片固定在所述辅助植入装置上，包括：
将柔性电极的硅片贴附在辅助植入装置上；
使用熔融的聚乙二醇将柔性电极的硅片和辅助植入装置固定。
虽然本发明已经通过优选实施例进行了描述，然而本发明并非局限于这里所描述的实施例，在不脱离本发明范围的情况下还包括所作出的各种改变以及变化。
在本文中，所涉及的前、后、上、下等方位词是以附图中零部件位于图中以及零部件相互之间的位置来定义的，只是为了表达技术方案的清楚及方便。应当理解，所述方位词的使用不应限制本申请请求保护的范围。
在不冲突的情况下，本文中上述实施例及实施例中的特征能够相互结合。
以上所揭露的仅为本发明一种较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。
Claims (10)
1.一种高通量柔性电极的辅助植入装置，用于辅助柔性电极插入生物体脑内，其特征在于，包括：
多个钨丝，用于一一对应固定柔性电极的外露电极；
双光子模具(1)，所述双光子模具(1)为通过双光子打印形成的具有多个平行且等间距设置的开口凹槽(11)的模具，所述开口凹槽(11)用于放置钨丝，所述开口凹槽(11)之间的间距与所述柔性电极的外露电极之间的距离相同，所述开口凹槽(11)的宽度和所述钨丝的宽度匹配，所述开口凹槽(11)的长度小于所述钨丝的长度。
2.根据权利要求1所述的高通量柔性电极的辅助植入装置，其特征在于，所述开口凹槽(11)贯穿于所述双光子模具(1)，所述开口凹槽(11)的截面为V型槽。
3.一种基于双光子打印的高通量柔性电极组装方法，其特征在于，所述方法包括：
获取柔性电极的规格和钨丝的规格，所述柔性电极的规格包括柔性电极的外露电极之间的间距，所述钨丝的规格包括钨丝的宽度和钨丝的长度；
基于双光子打印技术根据所述柔性电极的规格和所述钨丝的规格打印双光子模具(1)，所述双光子模具(1)具有多个平行且等间距设置的开口凹槽(11)；
将钨丝组装在双光子模具(1)的开口凹槽(11)内得到辅助植入装置；
将柔性电极的外露电极固定在对应位置的钨丝从所述开口凹槽(11)的开口伸出的部分钨丝上以完成柔性电极与所述辅助植入装置的固定连接。
4.根据权利要求3所述的基于双光子打印的高通量柔性电极组装方法，其特征在于，基于双光子打印技术根据所述柔性电极的规格和所述钨丝的规格打印双光子模具(1)，包括：
根据所述柔性电极的规格得到所述柔性电极的外露电极之间的间距；
根据所述钨丝的规格得到所述钨丝的宽度和长度；
基于双光子打印技术根据所述柔性电极的外露电极之间的间距和所述钨丝的宽度和长度打印双光子模具(1)以使所述双光子模具(1)具有多个平行且等间距设置的开口凹槽(11)，所述开口凹槽(11)之间的间距等于所述柔性电极的外露电极之间的间距，所述开口凹槽(11)的宽度和所述钨丝的宽度匹配，所述开口凹槽(11)的长度小于所述钨丝的长度。
5.根据权利要求3所述的基于双光子打印的高通量柔性电极组装方法，其特征在于，将钨丝组装于双光子模具(1)上得到辅助植入装置，包括：
将钨丝组装于双光子模具(1)的开口凹槽(11)内；
使用熔融的聚乙二醇将所述钨丝和所述双光子模具(1)固定得到辅助植入装置。
6.根据权利要求5所述的基于双光子打印的高通量柔性电极组装方法，其特征在于，熔融的聚乙二醇的相对分子质量为800～2000。
7.根据权利要求3所述的基于双光子打印的高通量柔性电极组装方法，其特征在于，将柔性电极的外露电极固定在对应的钨丝从所述开口凹槽(11)的开口伸出的部分钨丝上以完成柔性电极与所述辅助植入装置的固定连接，包括：
当用于固定所述钨丝和所述双光子模具(1)的熔融的聚乙二醇干燥后，使用聚乙二醇溶液将柔性电极的外露电极粘贴固定在对应位置的钨丝从所述开口凹槽(11)的开口伸出的部分钨丝上。
8.根据权利要求7所述的基于双光子打印的高通量柔性电极组装方法，其特征在于，聚乙二醇溶液的浓度为10％～20％，聚乙二醇溶液中聚乙二醇的相对分子质量为35000～100000。
9.根据权利要求3所述的基于双光子打印的高通量柔性电极组装方法，其特征在于，将柔性电极的外露电极固定在对应位置的钨丝从所述开口凹槽(11)的开口伸出的部分钨丝上以完成柔性电极与所述辅助植入装置的固定连接，之后包括：
将柔性电极的硅片固定在所述辅助植入装置上。
10.根据权利要求9所述的基于双光子打印的高通量柔性电极组装方法，其特征在于，将柔性电极的硅片固定在所述辅助植入装置上，包括：
将柔性电极的硅片贴附在辅助植入装置上；
使用熔融的聚乙二醇将柔性电极的硅片和辅助植入装置固定。
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Cited By (1)
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|---|---|---|---|---|
| WO2023186053A1 (zh) * | 2022-04-02 | 2023-10-05 | 北京智冉医疗科技有限公司 | 柔性神经电极复合结构及制造、植入方法和辅助植入组件 |
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| CN112244850A (zh) * | 2020-09-29 | 2021-01-22 | 中国科学院上海微系统与信息技术研究所 | 一种颅内深部电极记录器件及其制备方法、系统 |
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2021
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