CN114469117A - 一种带有可降解涂层的神经接口 - Google Patents

Abstract

本申请属于神经接口技术领域，具体为一种带有可降解涂层的神经接口，该神经接口包括：至少一个柔性电极、至少一个辅助结构和可降解涂层，所述柔性电极通过可降解涂层粘接在辅助结构上。通过可降解材料将柔性电极粘连在辅助结构上，能够使柔性电极在辅助结构的辅助下轻松植入脑部组织中，保持一段时间后，脑组织中的脑脊液将可降解材料溶解，柔性电极与辅助结构的分离，拔出辅助结构，使柔性电极留在脑组织中。本申请所采用的微针铺助植入柔性电极的方法，植入性损伤较小，可增加长期植入的稳定性，且柔性电极包括多个体电极，可适应脑组织的结构变形，避免了与组织器官摩擦产生的异感，还能实现多电极记录，提高空间分辨率和信号精确度。

Description

一种带有可降解涂层的神经接口

技术领域

本申请涉及神经接口技术领域，具体涉及一种带有可降解涂层的神经接口。

背景技术

神经接口是一种不依赖于正常的由外周神经和肌肉组成的输出通路的通讯系统，绕开了外周神经和肌肉组织，提供一种新的与外界设备交流信息的通路，可以通过外部设备刺激神经细胞产生动作电位，也可以记录神经细胞产生的动作电位，以此实现神经细胞与外部设备的双向通信。因此，神经接口被广泛用于研究和治疗各种神经性疾病。

神经接口器件主要分为植入式和非植入式两种，相较于非植入式神经电极，植入式神经电极因其高分辨率受到了国内外学者的重点关注。目前植入式微针结构多数采用EcoG、尤他电极，密歇根电极、缝纫机柔性电极等方式。在植入式神经电极中以犹他电极为代表的微针阵列式电极具有较高的空间分辨率，并且可以在长期植入过程中具有最高的稳定性，是由美国食品药品监督管理局(FDA)许可的唯一可以应用在人体的神经接口器件。然而，现有技术中的神经接口器件在具体使用时，植入式微针植入时需要进行开颅手术，难度较大，且植入方式也会造成较大的植入性损伤，影响器官组织活动和生长，不利于长期植入。因此，目前需要一种更好的方案来解决现有技术中的问题。

发明内容

本申请的主要目的是提出一种神经接口，旨在解决目前植入式神经接口微针阵列对脑组织损伤较大，无法实现长期植入的技术问题。

为解决上述技术问题，根据本申请的一个方面，本申请提供了如下技术方案：提供一种神经接口，包括：至少一个柔性电极、至少一个辅助结构和可降解涂层，所述柔性电极通过可降解涂层粘接在辅助结构上。

进一步地，所述可降解涂层包括蚕丝蛋白。

进一步地，按照设定的蚕丝蛋白溶液浓度、旋涂速度和旋涂次数，在所述柔性电极上涂覆蚕丝蛋白溶液，形成所述可降解涂层。

进一步地，所述可降解涂层中掺杂有PLGA、PVA、PEG、明胶、壳聚糖、麦芽糖或蔗糖，以调节软化溶解时间。

进一步地，掺杂比例为10％～50％。

进一步地，所述可降解涂层包括聚乙二醇。

进一步地，所述聚乙二醇为粘均分子量10000g/mol以上的分析纯聚乙二醇。

进一步地，所述柔性电极的正面设置有至少一个电极点，所述可降解涂层在所述柔性电极的反面。

进一步地，所述柔性电极与所述辅助结构一一对应设置，所述柔性电极与所述辅助结构的形状相同。

进一步地，所述柔性电极上设置有至少一条狭缝，当所述柔性电极上设置有至少两条狭缝时，所述狭缝沿着柔性电极的长度方向间隔设置，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柔性电极的长度方向。

与现有技术相比，本申请具有以下有益效果：

本申请提供一种神经接口，辅助结构呈刚性，通过可降解材料将柔性电极粘连在辅助结构上，能够使柔性电极在辅助结构的辅助下轻松植入神经组织中，保持一段时间后，可降解材料溶解，柔性电极与辅助结构的分离，拔出辅助结构，仅将柔性电极留在脑组织中。柔性电极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。

附图说明

为了更清楚地说明本申请的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对本申请保护范围的限定。在各个附图中，类似的构成部分采用类似的编号。

图1为本申请实施例提出的微针辅助植入式神经接口分解结构示意图；

图2为本申请实施例提出的微针辅助植入式神经接口单个结构示意图；

图3为本申请实施例提出的微针辅助植入式神经接口阵列结构示意图；

图4为本申请实施例提出的辅助结构与柔性电极粘接的示意图。

其中，1-集成电路芯片，2-柔性电极，3-体电极点，4-辅助结构，5-粘接末端。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中附图，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。

通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请的实施例，本领域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，都属于本申请保护的范围。

在下文中，可在本申请的各种实施例中使用的术语“包括”、“具有”及其同源词仅意在表示特定特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合，并且不应被理解为首先排除一个或更多个其它特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合的存在或增加一个或更多个特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合的可能性。

此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

除非另有限定，否则在这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本申请的各种实施例所属领域普通技术人员通常理解的含义相同的含义。所述术语(诸如在一般使用的词典中限定的术语)将被解释为具有与在相关技术领域中的语境含义相同的含义并且将不被解释为具有理想化的含义或过于正式的含义，除非在本申请的各种实施例中被清楚地限定。

实施例1

本实施例提供一种神经接口，包括：至少一个柔性电极、至少一个辅助结构和可降解涂层，所述柔性电极通过可降解涂层粘接在辅助结构上。其中，所述柔性电极与所述辅助结构一一对应设置，所述柔性电极与所述辅助结构的形状相同。在其他实施例中，所述辅助结构的数目也可以少于所述柔性电极的数目，只需要满足在辅助结构的作用下，辅助柔性电极植入到目标位置即可。

在本实施例中，所述柔性电极的正面设置有至少一个电极点，所述可降解涂层在所述柔性电极的反面，以避免可降解涂层覆盖电极点。具体地，所述体电极点设置在所述柔性电极的正面，所述辅助结构设置在所述柔性电极的反面。

进一步地，所述神经接口还包括集成电路芯片，所述集成电路芯片与所述体电极点连接，所述体电极点用于采集神经信号，所述集成电路芯片用于接收并分析处理所述体电极点采集的神经信号。

在可选的实施例中，所述柔性电极可以采用柔性材料作为基底，以保证在外力作用下，柔性电极可以发生形变。其中，所述柔性材料包括PDMS，以保证电极以更柔软的状态与神经组织接触。

在另一个可选的实施例中，所述柔性电极上设置有至少一条狭缝，当所述柔性电极上设置有至少两条狭缝时，所述狭缝沿着柔性电极的长度方向间隔设置，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柔性电极的长度方向，以使得柔性电极可以发生形变。

具体地，所述柔性电极可以采用刚性材料作为基底，所述体电极具体包括基板和分布在所述基板上的若干条狭缝，若干条狭缝沿着体电极的长度方向(为便于描述，下文描述为第一方向)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第一方向。狭缝可以是垂直于所述体电极的长度方向(即第一方向)，也可以是倾斜于体电极的长度方向，在基板上设置狭缝可以在一定程度上降低整个体电极的刚性，但是此处狭缝的尺寸需要控制在一定范围内，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。

在其中一个实施例中，所述可降解涂层包括蚕丝蛋白。具体可以按照下述方式形成可降解涂层：按照设定的蚕丝蛋白溶液浓度、旋涂速度和旋涂次数，在所述柔性电极上涂覆蚕丝蛋白溶液，形成所述可降解涂层。

此外，所述可降解涂层中掺杂有PLGA、PVA、PEG、明胶、壳聚糖、麦芽糖或蔗糖，以调节软化溶解时间。具体地，在蚕丝蛋白溶液中掺混其他溶解时间有差异的材料，如PLGA、PVA、PEG、明胶、麦芽糖/蔗糖等，进一步调控可降解涂层的软化溶解时间，以满足对不同深度目标区的植入时间要求。其中，掺杂比例为10％～50％。

在另一个可选的实施例中，所述可降解涂层包括聚乙二醇，所述聚乙二醇为粘均分子量10000g/mol以上的分析纯聚乙二醇。

在本实施例中，辅助结构呈刚性，通过可降解材料将柔性电极粘连在辅助结构上，能够使柔性电极在辅助结构的辅助下轻松植入神经组织中，保持一段时间后，可降解材料溶解，柔性电极与辅助结构的分离，拔出辅助结构，仅将柔性电极留在脑组织中。柔性电极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。

实施例2

如图1所示，本申请提供一种神经接口，包括集成电路芯片1和至少一个柔性电极2，当所述柔性电极2为多个时，多个所述柔性电极2间隔分布，所述柔性电极2由柔性材料制成。本申请对柔性材料的材质没有特别的限制，只要是对人体组织没有危害的材料即可，根据本申请的一个实施例，所述柔性电极2的材料优选聚酰亚胺，采用微机械加工的方式将聚酰亚胺基底作出多触点的柔性电极2。所述柔性电极2与集成电路芯片1电连接，所述柔性电极2上至少包括一个体电极点3，能够实现信号的输出和弱电刺激信号的输入。

所述神经接口还包括至少一个辅助结构4，辅助结构4与柔性电极2一一对应设置，所述柔性电极与所述辅助结构的形状相同。所述辅助结构4的表面光滑，其宽度大于柔性电极2的宽度，所述柔性电极2可以贴附在辅助结构4的表面。在使用时，将柔性电极2即将植入脑组中的一部分，优选柔性电极2末端，用可降解材料将其与辅助结构4粘接在一起，形成贴附组件，一起插入到脑组织中，静置一段时间，辅助结构4与柔性电极2分离，然后拔出辅助结构4，柔性电极2留在脑组织中，辅助结构4拔出体外，不会造成长期植入性损伤。

如图1-3所示，在本申请一个可选的实施例中，所述辅助结构4有多个，所述柔性电极2也有多个，与集成电路芯片1键合后形成电极阵列，辅助结构4之间的间距与柔性电极2之间的间距相同，辅助结构4和柔性电极2能够一一对应，实现良好的贴附，如图2所示；多个微针电极组件组合可以形成微针电极阵列，如图3所示。在植入大脑组织时，可以形成区域覆盖，提高了空间分辨率和信号精确度。

在本申请一个可选的实施例中，所述柔性电极2与辅助结构4粘接所用的材料为可降解材料，本申请对可降解材料的材质没有特别的限制，对人体组织没有危害并且可以在脑组织中可降解即可，优选壳聚糖或蚕丝蛋白，当由可降解材料粘接的柔性电极2在辅助结构5的辅助下植入人体脑部组织后，在脑脊液的作用下，粘接部位的可降解材料可以溶解，实现辅助结构4与柔性电极2的分离，可以方便的取出辅助结构5，降低对脑组织的损伤。

在本申请另一个可选的实施例中，所述柔性电极2可裁剪，得到长度不同的柔性电极2，被裁剪的所述柔性电极2的断口处设置有保护膜。

如图1所示，所述柔性电极2至少包括一个体电极点3，所述体电极点3之间相互独立，受集成电路芯片1控制可以独立工作。一个柔性电极2上设置多个体电极点3，可以保障信号的读取与刺激同时进行。在其中一个可选的实施例中，所述柔性电极2上的体电极点3可以分布在同一列，也可以分布在不同的列，可以根据柔性电极2的宽度和实际情况而定。

如图4所示，在本申请一个可选的实施例中，为了更好的实现辅助结构4与柔性电极2的脱附分离，将辅助结构4设计为台阶结构，即所述辅助结构的末端的厚度大于上端的厚度，并且所述台阶的过渡区为倾斜结构。与之匹配粘接的柔性电极2的末端也为倾斜的楔形结构，刚好可以嵌合在所述辅助结构4上部区域，形成与辅助结构4末端等厚度的组件，这样避免了柔性电极2外挂粘接在辅助结构4上产生的挂擦阻力，消除了柔性电极2在辅助植入时脱落的风险，并且可以减小采用可降解材料粘接柔性电极2和辅助结构4的范围，即形成较小的粘接末端5便能将柔性电极2辅助植入脑组织中，减小了可降解材料的用量，也降低了可降低材料溶解对脑组织的影响。

在其中一个可选的实施例中，所述神经接口还包括体外装置，所述体外装置包括采集单元和处理单元。所述采集单元用于获取外部感官信号；所述处理单元用于将感官信号转换为用于再现感官的刺激信号。

在其中一个可选的实施例中，所述体外装置还包括第一无线线圈，所述集成电路芯片侧设置有第二无线线圈；所述第一无线线圈用于发送刺激信号，所述第二无线线圈用于接收刺激信号。

实施例2

根据本申请的一个实施例，还提供一种基于可降解材料的微针辅助植入神经接口的植入方法，具体技术方案如下：

首先，根据实验或治疗方案设定需要植入的柔性电极2的阵列大小，以及各柔性电极2的长度、体电极点3的数量，进而选择对应的微针阵列，微针阵列中的辅助结构4的长度可以相同，柔性电极2可以粘接在辅助结构的任一位置；所述微针阵列中的辅助结构4的长度也可以不同，根据柔性电极2的长度匹配辅助结构4的长度。然后将柔性电极2粘连在辅助结构4上，本申请对柔性电极2与辅助结构4的粘接部位没有特别的限制，在一个可选的实施例中，至少将柔性电极2末端的一部分粘连在辅助结构4上，形成粘接末端5，使辅助结构4与柔性电极2贴附，粘接末端5形成的粘结力至少保障可以使柔性电极2插入到脑组织中，不至于在插入过程中脱落。将辅助结构4和柔性电极2的组合结构插入脑部组织中后，静置一段时间，在一个可选的实施例中，所述静置时间大于15min，待可降解材料溶解后，拔出辅助结构4，实现脱附处理，带有多个体电极点3的柔性电极留置开脑部组织中，实现信号的输出和弱电刺激信号的输入。

本申请所采用的微针铺助植入柔性电极的方法，植入性损伤较小，可增加长期植入的稳定性，且柔性电极包括多个体电极，可适应脑组织的结构变形，避免了与组织器官摩擦产生的异感，还能实现多电极记录，提高空间分辨率和信号精确度。

本申请采用台阶结构辅助结构与楔形柔性电极的设计，避免了柔性电极外挂粘接在辅助结构上产生的挂擦阻力，消除了柔性电极在辅助植入时脱落的风险，并且可以减小采用可降解材料粘接柔性电极和辅助结构的范围，减少了可降解材料的用量，也降低了可降低材料溶解对脑组织的影响。

以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本申请专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种神经接口，其特征在于，包括：至少一个柔性电极、至少一个辅助结构和可降解涂层，所述柔性电极通过可降解涂层粘接在辅助结构上。

2.根据权利要求1所述的神经接口，其特征在于，所述可降解涂层包括蚕丝蛋白。

3.根据权利要求2所述的神经接口，其特征在于，按照设定的蚕丝蛋白溶液浓度、旋涂速度和旋涂次数，在所述柔性电极上涂覆蚕丝蛋白溶液，形成所述可降解涂层。

4.根据权利要求2所述的神经接口，其特征在于，所述可降解涂层中掺杂有PLGA、PVA、PEG、明胶、壳聚糖、麦芽糖或蔗糖，以调节软化溶解时间。

5.根据权利要求4所述的神经接口，其特征在于，掺杂比例为10％～50％。

6.根据权利要求1所述的神经接口，其特征在于，所述可降解涂层包括聚乙二醇。

7.根据权利要求6所述的神经接口，其特征在于，所述聚乙二醇为粘均分子量10000g/mol以上的分析纯聚乙二醇。

8.根据权利要求1～7任一项所述的神经接口，其特征在于，所述柔性电极的正面设置有至少一个电极点，所述可降解涂层在所述柔性电极的反面。

9.根据权利要求1～7任一项所述的神经接口，其特征在于，所述柔性电极与所述辅助结构一一对应设置，所述柔性电极与所述辅助结构的形状相同。

10.根据权利要求1～7任一项所述的神经接口，其特征在于，所述柔性电极上设置有至少一条狭缝，当所述柔性电极上设置有至少两条狭缝时，所述狭缝沿着柔性电极的长度方向间隔设置，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柔性电极的长度方向。

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