CN114343654A - 一种柔性微针结构 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种柔性微针，用于植入人体组织或者动物体组织内，所述柔性微针包括至少一个微针体和至少一个集成电路芯片，所述集成电路芯片和所述微针体电连接；所述微针体在沿其长度方向的第一方向上呈刚性，所述微针体在第二方向上呈柔性。本申请的柔性微针充分考虑了血管的伸缩形变，摒弃了传统的全方位刚性的刚性微针，也没有采用全方位柔性的柔性微针，而是将微针体设置为沿其长度方向的第一方向为刚性，将非平行于第一方向的第二方向设置为柔性，使得其既可以维持一定的强度，以便于植入人体或者动物组织内，又可以保证一定的柔性，使得其可以根据血管的伸缩状态进行适应性变形，减少植入性损伤。

Description

一种柔性微针结构

技术领域

本申请涉及微电极领域。更具体地说，本申请涉及一种柔性微针结构。

背景技术

微电极是指电极的至少一维度的尺寸为微米或纳米级的电极(即<100微米)。已经广泛应用于分析化学、医学研究等领域。

人和动物的各种生理机能都直接或间接受脑内神经网络的调控，记录单个神经元放电频率的变化需要微电极采集到较强的电信号，并进行长时间的观察和研究。其中，可长期植入中枢神经系统(CNS)的微电极具有广泛的应用范围。

常用微电极有金属和玻璃两类，金属微电极是一种高强度金属细针，尖端以外的部分用漆或玻璃绝缘。金属电极丝由不锈钢、铂铱合金或碳化钨丝在酸性溶液中电解腐蚀而成，有多种成品可供选择，其缺点是微电极的几何形状与绝缘状态难以保持一致。玻璃微电极由用户根据需要用硬质毛细管拉制而成。用于测量细胞内静息电位和动作电位时，其尖端需小于0.5微米；用于测量细胞外活性区域非活性点电位时，其尖端可为1-5微米。

上面这两种微电极的微针都采用刚性微针，在植入时无法随着血管伸缩而进行适应性形变，这样容易对人体组织或者动物组织造成损伤。

目前市面上关于微电极的微针的研究，主要集中在其用途以及制备方法较多，甚少有关于微针的刚性性能的研究，也不涉及如何降低微针在植入人体组织或者动物组织时造成的损伤。

因此，亟需开发一种微针，其在植入人体组织或者动物组织时造成的损伤较小。

发明内容

为了实现根据本申请的这些目的和其它优点，一方面，本申请的一优选实施方案提供了一种柔性微针，用于植入人体组织或者动物体组织内，所述柔性微针包括至少一个微针体；所述微针体在沿其长度方向的第一方向上呈刚性，所述微针体在第二方向上呈柔性，所述第二方向倾斜于所述第一方向，或，所述第二方向垂直于所述第一方向。

进一步地，所述微针体上设置有至少一条狭缝；当所述微针体上设置有至少两条狭缝时，所述狭缝沿着所述第一方向间隔设置，相邻两条狭缝之间错开设置，且所述狭缝垂直或倾斜于所述第一方向。

进一步地，相邻两条狭缝在第一方向上的投影至少存在部分重合。

进一步地，所述狭缝一端贯穿于所述基板的其中一侧边，另一端不贯穿所述基板的另一侧边。

进一步地，所述狭缝两端均不贯穿于所述基板的两个侧边。

进一步地，所述狭缝内填充生物相容性材料，所述生物相容性材料可降解。

进一步地，每个所述微针体上具有至少一个体电极点，所述体电极点用于采集神经信号。

进一步地，还包括至少一个集成电路芯片，所述集成电路芯片和所述微针体电连接，所述集成电路芯片与所述微针体的尾部键合，形成电连接，所述集成电路芯片接收并分析处理所述体电极点采集的神经信号。

进一步地，所述微针体的形成材料包括硅、聚酰亚胺、PDMS或细菌纤维素。

进一步地，所述微针体上涂覆有生物可降解薄膜，所述生物可降解薄膜用于平衡所述微针体不同区域的应力。

本申请至少包括以下有益效果：

本申请的柔性微针充分考虑了血管的伸缩形变，摒弃了传统的全方位刚性的刚性微针，也没有采用全方位柔性的柔性微针，而是将微针体设置为沿其长度方向的第一方向为刚性，将非平行于第一方向的第二方向设置为柔性，使得其既可以维持一定的强度，以便于植入人体或者动物组织内，又可以保证一定的柔性，使得其可以根据血管的伸缩状态进行适应性变形，减少植入性损伤。

本申请的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本申请的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。

附图说明

图1为本申请中一实施方案中柔性微针的结构示意图。

图2为本申请中一实施方案中微针体的结构示意图。

图3为本申请中另一实施方案中微针体的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本申请做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

以下描述用于揭露本申请以使本领域技术人员能够实现本申请。以下描述中的优选实施例只作为举例，本领域技术人员可以想到其他显而易见的变形。在以下描述中界定的本申请的基本原理可以应用于其他实施方案、变形方案、改进方案、等同方案以及没有背离本申请的精神和范围的其他技术方案。

本领域技术人员应理解的是，在本申请的揭露中，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系是基于附图所示的方位或位置关系，其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，因此上述术语不能理解为对本申请的限制。

可以理解的是，术语“一”应理解为“至少一”或“一个或多个”，即在一个实施例中，一个元件的数量可以为一个，而在另外的实施例中，该元件的数量可以为多个，术语“一”不能理解为对数量的限制。

鉴于目前市面上的微针都是采用传统的刚性微针，这样的微针在植入人体组织或者动物组织时，无法随着血管的伸缩进行相适应形变，而造成植入性损伤。

为了克服上述问题，本申请的一优选实施方案提供了一种柔性微针，用于植入人体组织或者动物体组织内，如图1-3所示，所述柔性微针包括至少一个微针体1和至少一个集成电路芯片2，所述集成电路芯片2和所述微针体1电连接；每个所述微针体1上具有至少一个体电极点，所述体电极点用于采集神经信号。所述集成电路芯片2接收并分析处理所述体电极点采集的神经信号。

所述微针体1在沿其长度方向的第一方向上呈刚性，所述微针体1在第二方向上呈柔性，所述第二方向倾斜于第一方向，或，所述第二方向垂直于第一方向。

上述微针体1沿其长度方向的第一方向设置为刚性，这样使得微针体1具备一定刚性，这样可以便于操作者将微针体1植入人或动物的软组织内，而为了克服传统的全方位都是刚性的刚性微针植入时对人体软组织或动物软组织造成的损害，因此上述实施方案将微针体1的第二方向设置为柔性，所述第二方向倾斜于第一方向，或，所述第二方向垂直于第一方向，换句话说，第二方向不平行于第一方向，此时第二方向的柔性形变在微针体的长度方向和宽度方向都有体现，便于微针体随着血管的伸缩状态进行适当形变。

考虑到传统的所述集成电路芯片2与所述微针体1都是利用导线进行连接，这样微针体采集到的信息需经过电线方可传递给集成电路芯片，传递速度慢，效率低，因此本申请的一些实施方案中，进行了以下改进，将所述集成电路芯片2与所述微针体1的尾部进行键合，形成二者之间的电连接，减少了信息的传递路径，提高了信息传递效率。

本申请的一优选实施方案提供了微针体的一种具体结构，实现所述微针体1在沿其长度方向的第一方向上呈刚性，所述微针体1在第二方向上呈柔性，所述的柔性微针中，所述微针体1包括基板110和分布在所述基板上的若干条狭缝120，若干条狭缝120沿着所述第一方向间隔设置，相邻两条狭缝120之间错开设置，且所述狭缝120垂直或倾斜于所述第一方向。狭缝120可以是垂直于所述微针体的长度方向(即第一方向)，也可以是倾斜于微针体的长度方向，在基板上设置狭缝120可以在一定程度上降低整个微针体1的刚性，但是此处狭缝120的尺寸需要控制在一定范围内，不可过大，否则会造成微针体的刚性下降过多，而造成植入困难，也不可过小，否则会造成柔性欠缺。

此处，对狭缝的形状不做具体限定，可以为长条形、波浪形、锯齿形等。

所述狭缝在沿着基板厚度方向上可以是贯穿或者不贯穿，具体是贯穿还是不贯穿可以根据实际情况决定，此处不做具体限制，通常，贯穿情况下，整体柔性更强，不贯穿情况下，柔性会被一定程度减弱，刚性会增强。

考虑到，正常情况下，刚性的基板中部的材料是最不容易在外部伸缩挤压下发生形变的部位，因此进行了以下设计，相邻两条狭缝120之间在第一方向上的投影至少存在部分重合，这样可以提高位于刚性的基板中部的材料的柔性，以进一步提高微针体在第二方向上柔性度。

其中一实施方案中提供了狭缝贯穿于基板侧边的情况，所述狭缝一端贯穿于所述基板的其中一侧边，另一端不贯穿所述基板的另一侧边，例如，相邻两条狭缝120中，其中一条所述狭缝120一端贯穿于所述基板的其中一侧边，另一端不贯穿所述基板的另一侧边，另一条所述狭缝120的一端贯穿于所述基板110的另一侧边，另一端不贯穿于所述基板110的一侧边。此种结构微针体降低了刚性材料在侧边的束缚，使得刚性材料在第二方向上具有更强的柔性，此种情况下，微针体1更加可依据血管的伸缩状态，适应性变形，减少植入性损伤。

另一实施方案中提供了狭缝不贯穿于基板侧边的情况，具体为，所述狭缝两端均不贯穿于所述基板的两个侧边，该情况下，最佳的是，相邻两条狭缝的长度之和大于基板的宽度，这样可以进一步增强柔性。

根据本申请的一优选实施方案，所述的柔性微针中，所述微针体1采用刚性材料制作而成，为微针体提供基础强度，保证其可以被植入人体或者动物的软组织内。例如，可采用硅材料制作微针体。

由于硅材料的刚性较大，在此种材质的微针体上设置狭缝后，微针体容易断裂。为了避免前述情况，在其他实施例中，刚性度稍小的材料制作微针体，例如可采用聚酰亚胺、PDMS或细菌纤维素制作微针体。

在其中一种实际应用场景下，可以在所述狭缝120内填充生物相容性材料，所述生物相容性材料可降解。在将微针体植入到目标部位的过程中，由于狭缝内填充生物相容性材料，可以增强微针体在第一方向上的刚性度，当微针体植入到目标部位后，在一段时间后(大概30分钟)，生物相容性材料能够降解，狭缝内的材料被释放，可以增强微针体在第二方向上的柔性，微针体可依据血管的伸缩状态，适应性变形，减少植入性损伤。

在实际应用场景下，由于狭缝的大小会存在差异，微针体各个区域的应力大小并不完全相同，在实际使用中，在相同的作用力下，应力较大的区域可能不会发生形变，微针体的柔性度较差，应力较小的区域有可能形变过度而断裂，为了避免前述情况，在优选的实施例中，所述微针体上涂覆有生物可降解薄膜，所述生物可降解薄膜用于平衡所述微针体不同区域的应力，以使微针体各个区域的应力大小基本相同。其中，生物可降解薄膜可涂覆在微针体的整个表面(包括狭缝处)，生物可降解薄膜也可仅涂覆在狭缝之外的地方。

在本实施例中，可根据狭缝之间的单个区域的面积大小来确定其应力大小，根据各个区域的应力大小差异性涂覆生物可降解薄膜，具体而言，单个区域的面积越大，对应的应力较大，涂覆的生物可降解薄膜越薄；单个区域的面积越小，对应的应力较小，涂覆的生物可降解薄膜越薄越厚。其中，可以通过热熔涂覆工艺来涂覆生物可降解薄膜。

其中，生物可降解薄膜包括生物可降解的聚酯和/或共聚酯和/或淀粉或基于淀粉的材料，生物可降解薄膜的厚度小于20μm。

另一方面，本申请的一优选实施方案提供了一种所述的柔性微针的制备方法，包括以下步骤：

步骤S1、微针体的制备：

在基板上形成狭缝掩模图案，曝光，将狭缝掩模图案转移到光刻胶上，再进行选择性刻蚀，保留有光刻胶层覆盖的区域，得到微针体，

刻蚀采用的刻蚀液包括所述水溶性酸，其具体包括强酸和弱酸搭配的组合酸模式，或者弱酸，其中强酸为硝酸或硫酸，其中所述弱酸为磷酸、HF酸、甲酸、乙酸、柠檬酸、异柠檬酸、及乙醇酸中的至少一种。其中，采用强酸与弱酸搭配，可减缓反应速度，避免蚀刻速度过快影响硅基表面结构。

步骤S2、将所述集成电路芯片键合于微针体的尾部，二者形成电连接。其中，微针体的尾部设置有焊点，体电极点靠近微针体的针尖处设置，体电极点与相应的焊点通过连接线连接，其中，连接线绕开各个狭缝。

尽管本申请的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本申请的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本申请并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (10)

1.一种柔性微针，用于植入人体组织或者动物体组织内，其特征在于，所述柔性微针包括至少一个微针体；所述微针体在沿其长度方向的第一方向上呈刚性，所述微针体在第二方向上呈柔性，所述第二方向倾斜于所述第一方向，或，所述第二方向垂直于所述第一方向。

2.根据权利要求1所述的柔性微针，其特征在于，所述微针体上设置有至少一条狭缝；当所述微针体上设置有至少两条狭缝时，所述狭缝沿着所述第一方向间隔设置，相邻两条狭缝之间错开设置，且所述狭缝垂直或倾斜于所述第一方向。

3.根据权利要求2所述的柔性微针，其特征在于，相邻两条狭缝在第一方向上的投影至少存在部分重合。

4.根据权利要求2所述的柔性微针，其特征在于，所述狭缝一端贯穿于所述基板的其中一侧边，另一端不贯穿所述基板的另一侧边。

5.根据权利要求2所述的柔性微针，其特征在于，所述狭缝两端均不贯穿于所述基板的两个侧边。

6.根据权利要求2所述的柔性微针，其特征在于，所述狭缝内填充生物相容性材料，所述生物相容性材料可降解。

7.根据权利要求1～6任一项所述的柔性微针，其特征在于，每个所述微针体上具有至少一个体电极点，所述体电极点用于采集神经信号。

8.根据权利要求1～6任一项所述的柔性微针，其特征在于，还包括至少一个集成电路芯片，所述集成电路芯片和所述微针体电连接，所述集成电路芯片与所述微针体的尾部键合，形成电连接，所述集成电路芯片接收并分析处理所述体电极点采集的神经信号。

9.根据权利要求1～6任一项所述的柔性微针，其特征在于，所述微针体的形成材料包括硅、聚酰亚胺、PDMS或细菌纤维素。

10.根据权利要求1～6任一项所述的柔性微针，其特征在于，所述微针体上涂覆有生物可降解薄膜，所述生物可降解薄膜用于平衡所述微针体不同区域的应力。

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