CN114795221A - 一种柔性微针电极及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种柔性微针电极及其制备方法，所述方法包括：提供一3D打印得到的预制结构，预制结构包括支撑板与设置在支撑板上的多个微针；将支撑板上的多个微针转移至第一柔性材料层，以得到设置在第一柔性材料层上的微针阵列；形成导电层，导电层设置在第一柔性材料层与微针阵列的微针上；形成封装层，封装层设置在导电层上以包裹微针阵列的微针，并暴露出位于微针的部分导电层。由于先采用3D打印得到具有微针的预制结构，再将微针转移到柔性材料层上形成微针阵列，保证了微针电极的柔性，工艺简单且降低了成本。

Description

一种柔性微针电极及其制备方法

技术领域

本申请涉及柔性电子器件微加工技术领域，具体涉及一种柔性微针电极及其制备方法。

背景技术

微针(Microneedles)一般指通过微细加工工艺制作的，尺寸在微米级的呈针状的结构，材料可以为硅、聚合物、金属等。用于体表的微针电极不需要通过复杂的手术过程植入体内或神经系统，仅仅贴附于皮肤表面就能够提取到脑电、心电、肌电等生物电信号，不仅操作简单而且没有任何副作用。同时，微针电极具有尺寸小，生物相容性好等特点，可以应用于传统医疗器械不能触及的狭小空间，为患者提供更好的自由度，给使用者带来更小的医疗创伤。此外，微针的尺寸精度高，能够准确控制刺入皮肤的深度，可以应用于精密医疗仪器。因此，微针电极对生命科学与医疗领域的研究与发展具有重要意义。

然而，刚性微针电极不能很好的贴合皮肤表面，对信号的采集工作以及信号的准确性有很大的干扰，而目前对柔性微针电极的研究工作比较少，仍存在工艺复杂、成本高的问题。

发明内容

针对上述技术问题，本申请提供一种柔性微针电极及其制备方法，先采用3D打印得到具有微针的预制结构，再将微针转移到柔性材料层上形成微针阵列，保证了微针电极的柔性，工艺简单且降低了成本。

为解决上述技术问题，本申请提供一种柔性微针电极的制备方法，包括以下步骤：

S1.提供一3D打印得到的预制结构，所述预制结构包括支撑板与设置在所述支撑板上的多个微针；

S2.将所述支撑板上的多个微针转移至第一柔性材料层，以得到设置在所述第一柔性材料层上的微针阵列；

S3.形成导电层，所述导电层设置在所述第一柔性材料层与所述微针阵列的微针上；

S4.形成封装层，所述封装层设置在所述导电层上以包裹所述微针阵列的微针，并暴露出位于微针的部分所述导电层。

可选地，所述S1步骤，包括：

采用光敏树脂进行3D打印，得到所述支撑板与设置在所述支撑板上的多个微针；

对所述支撑板与设置在所述支撑板上的多个微针进行光照射固化，得到所述预制结构。

可选地，所述微针在所述支撑板上呈与所述微针阵列一致的阵列排布，所述S2步骤，包括：

在所述支撑板的设有微针的一侧形成第二柔性材料层以包裹所述微针；

除去所述支撑板；

将由所述第二柔性材料层包裹的微针转移至所述第一柔性材料层，以得到设置在所述第一柔性材料层上的微针阵列。

可选地，所述除去所述支撑板的步骤，包括：

在所述第二柔性材料层上形成整面的保护层；

采用反应离子刻蚀除去所述支撑板，得到由所述第二柔性材料层包裹的微针。

可选地，所述支撑板的与所述微针连接的区域设置镂空结构，所述S2步骤，包括：

对所述预制结构上的微针施加外力，破坏所述镂空结构以使所述微针与所述支撑板分离；

将分离后的微针按照所述微针阵列的排布固定在所述第一柔性材料层上，以得到设置在所述第一柔性材料层上的微针阵列。

可选地，所述第一柔性材料层上设有标记阵列，所述标记阵列中的标记的排布与所述微针阵列中的微针的排布一致，所述将分离后的微针按照所述微针阵列的排布固定在所述第一柔性材料层上，以得到设置在所述第一柔性材料层上的微针阵列的步骤，包括：

将分离后的微针分别对应固定在所述标记阵列中的标记处，以得到设置在所述第一柔性材料层上的微针阵列。

可选地，所述S2步骤，还包括：先在所述第一柔性材料层上形成初步固化的粘贴层，将所述支撑板上的多个微针转移至所述初步固化的粘贴层上后，再对所述初步固化的粘贴层进行固化。

可选地，所述S3步骤，包括：

在所述微针阵列的表面形成光刻胶层；

对所述光刻胶层进行图形化；

在所述光刻胶层上形成金属层；

去除所述光刻胶层以及所述金属层的覆盖在所述光刻胶层上的部分，得到图形化的所述导电层。

可选地，所述S4步骤，包括：

在所述导电层上形成第三柔性材料层，所述第三柔性材料层包裹所述微针阵列的微针；

在所述第三柔性材料层上形成图形化的保护层，所述图形化的保护层暴露出所述第三柔性材料层的对应于微针所在的目标区域；

采用反应离子刻蚀除去所述第三柔性材料层的对应于所述目标区域的部分，形成所述封装层。

本申请还提供一种柔性微针电极，采用如上任一所述的柔性微针电极的制备方法制备得到。

本申请的柔性微针电极及其制备方法，所述方法包括：提供一3D打印得到的预制结构，预制结构包括支撑板与设置在支撑板上的多个微针；将支撑板上的多个微针转移至第一柔性材料层，以得到设置在第一柔性材料层上的微针阵列；形成导电层，导电层设置在第一柔性材料层与微针阵列的微针上；形成封装层，封装层设置在导电层上以包裹微针阵列的微针，并暴露出位于微针的部分导电层。由于先采用3D打印得到具有微针的预制结构，再将微针转移到柔性材料层上形成微针阵列，保证了微针电极的柔性，工艺简单且降低了成本。

附图说明

图1是根据一实施例示出的柔性微针电极的制备方法的流程示意图；

图2是根据一实施例示出的柔性微针电极的制备方法使用的一种预制结构的示意图；

图3a-图3f是根据一实施例示出的柔性微针电极的制备方法的一种工艺示意图；

图4是根据一实施例示出的柔性微针电极的制备方法使用的另一种预制结构的示意图；

图5是图4所示预制结构中一个微针处的俯视示意图；

图6是图4所示预制结构的局部剖面示意图；

图7a-图7f是根据一实施例示出的柔性微针电极的制备方法的另一种工艺示意图。

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本申请的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本申请的其他优点及功效。

在下述描述中，参考附图，附图描述了本申请的若干实施例。应当理解，还可使用其他实施例，并且可以在不背离本申请的精神和范围的情况下进行机械组成、结构、电气以及操作上的改变。下面的详细描述不应该被认为是限制性的，这里使用的术语仅是为了描述特定实施例，而并非旨在限制本申请。

虽然在一些实例中术语第一、第二等在本文中用来描述各种元件，但是这些元件不应当被这些术语限制。这些术语仅用来将一个元件与另一个元件进行区分。

再者，如同在本文中所使用的，单数形式“一”、“一个”和“该”旨在也包括复数形式，除非上下文中有相反的指示。应当进一步理解，术语“包含”、“包括”表明存在所述的特征、步骤、操作、元件、组件、项目、种类、和/或组，但不排除一个或多个其他特征、步骤、操作、元件、组件、项目、种类、和/或组的存在、出现或添加。此处使用的术语“或”和“和/或”被解释为包括性的，或意味着任一个或任何组合。因此，“A、B或C”或者“A、B和/或C”意味着“以下任一个：A；B；C；A和B；A和C；B和C；A、B和C”。仅当元件、功能、步骤或操作的组合在某些方式下内在地互相排斥时，才会出现该定义的例外。

图1是根据一实施例示出的柔性微针电极的制备方法的流程示意图。如图1所示，本申请的柔性微针电极的制备方法，包括以下步骤：

S1.提供一3D打印得到的预制结构，预制结构包括支撑板与设置在支撑板上的多个微针；

其中，可以根据微针所需的硬度、尺寸大小、尺寸精度等要求选择3D打印的材料和工艺，本实施例优选采用光敏树脂进行3D打印，并经过紫外光或者其它光束照射固化得到预制结构，可以得到表面光滑、精度高的微针，工艺简单、降低了制备成本。可选地，S1步骤，包括：

采用光敏树脂进行3D打印，得到支撑板与设置在支撑板上的多个微针；

对支撑板与设置在支撑板上的多个微针进行光照射固化，得到预制结构。

其中，支撑板与多个微针之间一体连接，用于在转移前稳定支撑微针。一实施方式中，微针包括一体连接的第一部分与第二部分。第一部分具有尖端，可以方便微针刺入皮肤。第二部分为位于第一部分底部的台状支撑结构，可以在微针转移至柔性的衬底后为微针提供底部支撑，从而微针可以被允许设计成更大的高度且能避免倒塌，微针高度提高时，微针插入皮肤的深度更深，使得电极穿过真皮层以更加接近信号源，从而大大提高了采集到的生物电信号的质量。实际实现时，所述的多个微针以规则或不规则的形状排布于支撑板上，并且微针之间可以具备相同的或不同的形状。

S2.将支撑板上的多个微针转移至第一柔性材料层，以得到设置在第一柔性材料层上的微针阵列；

其中，第一柔性材料层具有柔性，可以使得器件更好的贴合皮肤表面，降低人体运动对电路以及信号采集带来的影响。第一柔性材料层的材料可以为PI(聚酰亚胺)、Parylene(聚对二甲苯)、PDMS(聚二甲基硅氧烷)中的至少一种，本实施例优选具有较好柔性的PI。第一柔性材料层的厚度为5-15μm，厚度太薄不足以支撑微针，厚度太厚则限制了器件的柔性。

一实施方式中，微针在支撑板上呈与微针阵列一致的阵列排布，S2步骤，包括：

在支撑板的设有微针的一侧形成第二柔性材料层以包裹微针；

除去支撑板；

将由第二柔性材料层包裹的微针转移至第一柔性材料层，以得到设置在第一柔性材料层上的微针阵列。

其中，第二柔性材料层采用Parylene，Parylene具有较好的保形性，可以将微针牢牢的包覆住，起到保形和支撑的作用，保证转移过程中的位置精度。可选地，除去支撑板的步骤，包括：

在第二柔性材料层上形成整面的保护层；

采用反应离子刻蚀除去支撑板，得到由第二柔性材料层包裹的微针。

其中，可利用磁控溅射或沉积的方式在第二柔性材料层表面镀上金属铜作为保护层，起到反应离子刻蚀时对Parylene的保护与观察方便的作用，在采用反应离子刻蚀除去支撑板后，即可得到由第二柔性材料层包裹的微针。将由第二柔性材料层包裹的微针转移至第一柔性材料层，即可直接得到设置在第一柔性材料层上的微针阵列。

在另一实施方式中，支撑板的与微针连接的区域设置镂空结构，S2步骤，包括：

对预制结构上的微针施加外力，破坏镂空结构以使微针与支撑板分离；

将分离后的微针按照微针阵列的排布固定在第一柔性材料层上，以得到设置在第一柔性材料层上的微针阵列。

其中，支撑板的与微针连接的区域设置镂空结构，在较小的外力作用下即可将微针从支撑板上取下，避免或减少对微针的破坏。采用镂空结构时，多个微针可以按照规则或不规则的形状排布于支撑板上，在转移时，再按照微针阵列的排布固定在第一柔性材料层上即可得到微针阵列。

可选地，为提高转移时的位置精度，第一柔性材料层上可预先形成标记阵列，标记阵列中的标记的排布与微针阵列中的微针的排布一致，则将分离后的微针按照微针阵列的排布固定在第一柔性材料层上，以得到设置在第一柔性材料层上的微针阵列的步骤具体包括：将分离后的微针分别对应固定在标记阵列中的标记处，以得到设置在第一柔性材料层上的微针阵列。其中，标记阵列可以采用图案化的金属层，例如，在第一柔性材料层上溅射一层金属铜，再通过光刻刻蚀对金属铜层进行图案化，定义出阵列图案以对微针在第一柔性材料层上的排布位置进行标记。

可选地，S2步骤，还包括：先在第一柔性材料层上形成初步固化的粘贴层，将支撑板上的多个微针转移至初步固化的粘贴层上后，再对初步固化的粘贴层进行固化。

其中，先在洁净的刚性基板上依次旋涂牺牲层与第一柔性材料层并按梯度热烘固化，牺牲层可采用聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)。接着，如采用前述直接除去支撑板的方式转移微针，则在第一柔性材料层上形成初步固化的粘贴层，例如，在第一柔性材料层的表面旋涂适合转印的浓度较低的第一柔性材料层的材料，并经过短时间低温烘烤进行初步固化形成粘贴层，再将由第二柔性材料层包裹的微针转移至未完全固化的粘贴层之上，最后，对粘贴层进行固化即可将微针固定在第一柔性材料层上。或者，如采用前述设置镂空结构分离微针与支撑板的方式转移微针，则先在第一柔性材料层上形成前述的标记阵列，再在第一柔性材料层上形成初步固化的粘贴层，例如，在第一柔性材料层的表面旋涂适合转印的浓度较低的第一柔性材料层的材料，并经过短时间低温烘烤进行初步固化形成粘贴层，接着，在显微镜下，用尖镊子从支撑板上取下微针放置于第一柔性材料层上的标记位置，最后，对粘贴层进行固化即可将微针固定在第一柔性材料层上。

S3.形成导电层，导电层设置在第一柔性材料层与微针阵列的微针上；

其中，导电层的材料为CrAu或者TiAu等具有良好导电性能的金属，优选CrAu，其中Cr层位于Au层的下方，Au的导电性能较好，可以传递各种神经信号、电信号，Au的厚度足以满足导电要求且不会脱落即可。可选地，导电层包括用于连接微针与电路接口的导线部分，导线部分呈波浪形，可以增加器件的延展性，在器件贴合皮肤表面时不会损坏电路。可选地，微针阵列包括呈矩阵排列的微针单元，微针单元包括至少一微针，导线部分包括多个横向延伸导线与多个纵向延伸导线，微针单元位于横向延伸导线与纵向延伸导线的交叉处，如此，相比于传统的微针阵列中的所有微针均属于同一电极而言，电路图形化处理还可以根据需求实现多个分立的微针电极的功能，保证采集信号的质量和准确性。

形成导电层时，先在微针阵列的表面形成光刻胶层，对光刻胶层进行图形化后，在光刻胶层上形成金属层，去除光刻胶层以及金属层的覆盖在光刻胶层上的部分，即可得到图形化的所述导电层。一种实施方式中，先形成第一光刻胶层，对第一光刻胶层进行整面曝光，再在第一光刻胶层上形成第二光刻胶层，第一光刻胶层与第二光刻胶层可采用喷涂的方式形成，以使光刻胶均匀分布，避免微针的尖端部分光刻胶比较少而影响导电层的图案精确度。接着，利用激光直写对第二光刻胶层进行图形化曝光，采用激光直写这种非接触曝光技术对光刻胶进行高台阶图形化，可以提高图形精度，并能避免传统接触式曝光对微针造成破坏。之后，对第一光刻胶层和第二光刻胶层进行显影，暴露出微针和第一柔性材料层的需要形成导电层的区域。然后，采用磁控溅射工艺形成金属层。最后，将器件泡在丙酮中，去除第一光刻胶层、第二光刻胶层以及覆盖在第二光刻胶层上的金属层，形成图形化的导电层。

S4.形成封装层，封装层设置在导电层上以包裹微针阵列的微针，并暴露出位于微针的部分导电层。

其中，封装层设置在导电层上以包裹微针，并暴露出导电层的位于微针的部分，也即位于微针所在位置的那部分导电层未被封装层遮挡，以实现微针作为电极的功能，优选暴露出导电层的位于微针的尖端的部分，以更好地保护、支撑微针。实际实现时，封装层还暴露出导电层的位于电路接口的部分，例如暴露出焊盘的位置。封装层采用Parylene，Parylene具有较好的保形性，可以将微针牢牢的包覆住，起到保形和支撑的作用，且具有良好的拉伸性能，可以很好的贴合皮肤表面。

形成封装层时，先在导电层上形成第三柔性材料层，第三柔性材料层包裹微针阵列的微针，接着，在第三柔性材料层上形成图形化的保护层，图形化的保护层暴露出第三柔性材料层的对应于微针所在的目标区域，再采用反应离子刻蚀除去第三柔性材料层的对应于目标区域的部分，形成封装层。具体地，先在微针阵列上利用气相沉积工艺沉积整面的Parylene，在Parylene的表面溅射一层铜作为保护层，然后在上面旋涂一层光刻胶，通过激光直写设备对光刻胶进行曝光处理，曝光的部分为微针的部分，之后，对位于微针的光刻胶进行显影后去除，用铜刻蚀液将位于微针部分的铜去除，露出位于微针的Parylene，而Parylene的其它部分被铜遮挡，接着，将器件放到Rie刻蚀机里，用氧气对露出的Parylene进行刻蚀，最终暴露出导电层的位于微针的部分，以便传递电信号，之后，再用铜刻蚀液将位于微针的其它部分的铜去除。

通过上述步骤，先采用3D打印得到具有微针的预制结构，再将微针转移到柔性材料层上形成微针阵列，既保证了微针电极的柔性，也使得工艺更加简单、降低了成本。

以下对本申请的两种具体制备工艺进行详细说明。

第一种制备工艺：

图2是根据一实施例示出的柔性微针电极的制备方法使用的一种预制结构的示意图。如图2所示，预制结构采用3D打印得到，包括支撑板51与设置在支撑板51上的多个微针5，微针5在支撑板51上呈与微针阵列一致的阵列排布。支撑板51与多个微针5之间一体连接，用于在转移前稳定支撑微针5。微针5包括一体连接的第一部分与第二部分。第一部分具有尖端，可以方便微针5刺入皮肤。第二部分为位于第一部分底部的台状支撑结构，可以在微针5转移至柔性的衬底后为微针5提供底部支撑，从而微针5可以被允许设计成更大的高度且能避免倒塌，微针5高度提高时，微针5插入皮肤的深度更深，使得电极穿过真皮层以更加接近信号源，从而大大提高了采集到的生物电信号的质量。其中，可以根据微针5所需的硬度、尺寸大小、尺寸精度等要求选择3D打印的材料和工艺，本实施例优选采用光敏树脂进行3D打印，并经过紫外光或者其它光束照射固化得到预制结构，可以得到表面光滑、精度高的微针5，工艺简单、降低了制备成本。

使用图2所示的预制结构制备柔性微针电极的一种制备工艺如图3a-图3f所示。请参考图3a，采用3D打印得到预制结构后，先在支撑板51的设有微针5的一侧形成第二柔性材料层71以包裹微针5，接着，利用磁控溅射或沉积的方式在第二柔性材料层71表面镀上金属铜81作为保护层81，金属铜81不作为导电层，而是起到反应离子刻蚀时对第二柔性材料层71的保护与观察方便的作用。

请参考图3b，采用反应离子刻蚀除去支撑板51，得到由第二柔性材料层71包裹的微针5，再将由第二柔性材料层71包裹的微针5置于铜刻蚀液中，将表面的金属铜81刻蚀去除。

请参考图3c，先在洁净的刚性基板1上依次旋涂牺牲层2与第一柔性材料层3并按梯度热烘固化，刚性基板1可采用硅片，牺牲层2可采用聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)。之后，在第一柔性材料层3上形成初步固化的粘贴层(图3c中未示出)，例如，在第一柔性材料层3的表面旋涂适合转印的浓度较低的第一柔性材料层的材料，并经过短时间低温烘烤进行初步固化形成粘贴层，再将由第二柔性材料层71包裹的微针5转移至未完全固化的粘贴层之上，最后，对粘贴层进行固化即可将微针5固定在第一柔性材料层3上，实现将由第二柔性材料层71包裹的微针5转移至第一柔性材料层3，得到设置在第一柔性材料层3上的微针阵列。

请参考图3d，形成导电层6，导电层6设置在第一柔性材料层3与微针阵列的微针5上，导电层6的制备过程参考上述关于S3步骤的描述，在此不再赘述。形成导电层6后，整面镀上一层第三柔性材料层72如Parylene。

请参考图3e，在第三柔性材料层72上形成图形化的保护层82，图形化的保护层82暴露出第三柔性材料层72的对应于微针5所在的目标区域，再采用反应离子刻蚀除去第三柔性材料层72的对应于目标区域的部分，形成封装层。具体地，形成图形化的保护层82时，在第三柔性材料层72的表面溅射一层金属铜，然后在上面旋涂一层光刻胶9，通过激光直写设备对光刻胶9进行曝光处理，曝光的部分为微针5的部分，之后，对位于微针5的光刻胶进行显影后去除，用铜刻蚀液将位于微针5部分的金属铜去除，即可得到图形化的保护层82，露出位于微针5的第三柔性材料层72，而第三柔性材料层72的其它部分被遮挡。

请参考图3f，将器件放到Rie刻蚀机里，采用反应离子对露出的第三柔性材料层72进行刻蚀形成封装层，暴露出导电层6的位于微针5和电路接口的部分，以便传递电信号。最后，清除光刻胶9以及图形化的保护层82，将器件从刚性基板1上取下即可完成柔性微针电极的制备。

第二种制备工艺：

图4是根据一实施例示出的柔性微针电极的制备方法使用的另一种预制结构的示意图。如图4所示，预制结构采用3D打印得到，包括支撑板51与设置在支撑板51上的多个微针5，微针5可以在支撑板51上呈阵列排布，也可以呈无规则排列。

可以根据微针5所需的硬度、尺寸大小、尺寸精度等要求选择3D打印的材料和工艺，本实施例优选采用光敏树脂进行3D打印，并经过紫外光或者其它光束照射固化得到预制结构，可以得到表面光滑、精度高的微针5，工艺简单、降低了制备成本。

支撑板51与多个微针5之间一体连接，用于在转移前稳定支撑微针5。微针5包括一体连接的第一部分与第二部分。第一部分具有尖端，可以方便微针5刺入皮肤。第二部分为位于第一部分底部的台状支撑结构，可以在微针5转移至柔性的衬底后为微针5提供底部支撑，从而微针5可以被允许设计成更大的高度且能避免倒塌，微针5高度提高时，微针5插入皮肤的深度更深，使得电极穿过真皮层以更加接近信号源，从而大大提高了采集到的生物电信号的质量。

支撑板51的与微针5连接的区域设置镂空结构52，从而在较小的外力作用下即可将微针5从支撑板51上取下，避免或减少对微针5的破坏。请结合图5，镂空结构52包括镂空区与连接梁521，由连接梁521形成的细长支撑结构，可有效降低分离微针5所需的外力，实际实现时，请一并参考图6，连接梁521的与微针5连接的一端设有凹槽522，以进一步降低连接梁521与微针5的连接处的截面面积，在镂空结构52的下方还可设置空腔523，从而，需要将微针5从支撑板51上取下时，只需轻微下压即可破坏镂空结构52，操作简单。

使用图4所示的预制结构制备柔性微针电极的一种制备工艺如图7a-图7f所示。请参考图7a，先在洁净的刚性基板1上依次旋涂牺牲层2与第一柔性材料层3并按梯度热烘固化，牺牲层2可采用聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)。接着，在第一柔性材料层3上形成标记阵列，标记阵列中的标记4的排布与预期得到的微针阵列中的微针5的排布一致，标记阵列可以采用图案化的金属层，例如，在第一柔性材料层3上溅射一层金属铜，再通过光刻刻蚀对金属铜层进行图案化，定义出由标记4构成的阵列图案以对微针5在第一柔性材料层3上的排布位置进行标记。之后，在第一柔性材料层3上形成初步固化的粘贴层(图7a中未示出)，例如，在第一柔性材料层3的表面旋涂适合转印的浓度较低的第一柔性材料层3的材料，并经过短时间低温烘烤进行初步固化形成粘贴层。

请参考图7b，使用图4所示的预制结构，可预先利用磁控溅射或沉积的方式在微针5的表面镀上金属铜，起到操作时观察方便的作用，然后对预制结构上的微针5施加外力，破坏镂空结构52以使微针5与支撑板51分离。具体地，可以在显微镜下，用尖镊子从支撑板51上取下微针5。接着，将从支撑板51上取下的微针5放置于第一柔性材料层3上的标记4所在的位置，再对粘贴层进行固化即可将微针5固定在第一柔性材料层3上，实现将分离后的微针5按照微针阵列的排布固定在第一柔性材料层3上，得到设置在第一柔性材料层3上的微针阵列。之后，可以将器件置于铜刻蚀液中除去微针5表面的铜。

请参考图7c，形成导电层6，导电层6设置在第一柔性材料层3与微针阵列的微针5上，导电层6的制备过程参考上述关于S3步骤的描述，在此不再赘述。

请参考图7d，形成导电层6后，整面镀上一层第三柔性材料层7如Parylene。

请参考图7e，在第三柔性材料层7上形成图形化的保护层8，图形化的保护层8暴露出第三柔性材料层7的对应于微针5所在的目标区域，再采用反应离子刻蚀除去第三柔性材料层7的对应于目标区域的部分，形成封装层。具体地，形成图形化的保护层8时，在第三柔性材料层7的表面溅射一层金属铜，然后在上面旋涂一层光刻胶9，通过激光直写设备对光刻胶9进行曝光处理，曝光的部分为微针5的部分，之后，对位于微针5的光刻胶9进行显影后去除，用铜刻蚀液将位于微针5部分的金属铜去除，即可得到图形化的保护层8，露出位于微针5的第三柔性材料层7，而第三柔性材料层7的其它部分被遮挡。

请参考图7f，将器件放到Rie刻蚀机里，采用反应离子对露出的第三柔性材料层7进行刻蚀形成封装层，暴露出导电层6的位于微针5和电路接口的部分，以便传递电信号。最后，清除光刻胶9以及图形化的保护层8，将器件从刚性基板1上取下即可完成柔性微针电极的制备。

本申请还提供一种柔性微针电极，采用如上任一所述的柔性微针电极的制备方法制备得到。

根据本申请的制备方法，可按照需求，设计微针在柔性衬底的不同的分布相形状，同时通过3D打印技术，可以实现其它微针制备方式所不具有的复杂的、更具合理力学结构的微针形状，保证微针在重复刺入、取出的过程中保持原先形状，另外，3D打印技术可实现微针的批量化生产且工序简单；根据本申请的制备方法制备得到的柔性微针电极，可无痛刺入并贴附在目标表面，实现对目标的长时间连续地原位实时监测；根据本申请的制备方法，两种实施工艺均可实现柔性微针电极的制备且获得较好的效果，其中，第二种制备工艺相比于第一种制备工艺更为灵活，更适合于在前期对于微针三维结构、微针分布情况等方面进行试验优化，而第一种制备工艺相比于第二种制备工艺更为便捷，更具有批量生产的前景。

上述实施例仅例示性说明本申请的原理及其功效，而非用于限制本申请。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本申请的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本申请所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本申请的权利要求所涵盖。

Claims (10)

1.一种柔性微针电极的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1.提供一3D打印得到的预制结构，所述预制结构包括支撑板与设置在所述支撑板上的多个微针；

S2.将所述支撑板上的多个微针转移至第一柔性材料层，以得到设置在所述第一柔性材料层上的微针阵列；

S3.形成导电层，所述导电层设置在所述第一柔性材料层与所述微针阵列的微针上；

S4.形成封装层，所述封装层设置在所述导电层上以包裹所述微针阵列的微针，并暴露出位于微针的部分所述导电层。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述S1步骤，包括：

采用光敏树脂进行3D打印，得到所述支撑板与设置在所述支撑板上的多个微针；

对所述支撑板与设置在所述支撑板上的多个微针进行光照射固化，得到所述预制结构。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述微针在所述支撑板上呈与所述微针阵列一致的阵列排布，所述S2步骤，包括：

在所述支撑板的设有微针的一侧形成第二柔性材料层以包裹所述微针；

除去所述支撑板；

将由所述第二柔性材料层包裹的微针转移至所述第一柔性材料层，以得到设置在所述第一柔性材料层上的微针阵列。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述除去所述支撑板的步骤，包括：

在所述第二柔性材料层上形成整面的保护层；

采用反应离子刻蚀除去所述支撑板，得到由所述第二柔性材料层包裹的微针。

5.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述支撑板的与所述微针连接的区域设置镂空结构，所述S2步骤，包括：

对所述预制结构上的微针施加外力，破坏所述镂空结构以使所述微针与所述支撑板分离；

将分离后的微针按照所述微针阵列的排布固定在所述第一柔性材料层上，以得到设置在所述第一柔性材料层上的微针阵列。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述第一柔性材料层上设有标记阵列，所述标记阵列中的标记的排布与所述微针阵列中的微针的排布一致，所述将分离后的微针按照所述微针阵列的排布固定在所述第一柔性材料层上，以得到设置在所述第一柔性材料层上的微针阵列的步骤，包括：

将分离后的微针分别对应固定在所述标记阵列中的标记处，以得到设置在所述第一柔性材料层上的微针阵列。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述S2步骤，还包括：先在所述第一柔性材料层上形成初步固化的粘贴层，将所述支撑板上的多个微针转移至所述初步固化的粘贴层上后，再对所述初步固化的粘贴层进行固化。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述S3步骤，包括：

在所述微针阵列的表面形成光刻胶层；

对所述光刻胶层进行图形化；

在所述光刻胶层上形成金属层；

去除所述光刻胶层以及所述金属层的覆盖在所述光刻胶层上的部分，得到图形化的所述导电层。

9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述S4步骤，包括：

在所述导电层上形成第三柔性材料层，所述第三柔性材料层包裹所述微针阵列的微针；

在所述第三柔性材料层上形成图形化的保护层，所述图形化的保护层暴露出所述第三柔性材料层的对应于微针所在的目标区域；

采用反应离子刻蚀除去所述第三柔性材料层的对应于所述目标区域的部分，形成所述封装层。

10.一种柔性微针电极，其特征在于，采用如权利要求1至9中任一项所述的柔性微针电极的制备方法制备得到。

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