CN115381457A - 柔性基底脑机接口信号采集调控探针阵列及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种柔性基底脑机接口信号采集调控探针阵列及其制备方法，包括有机物基底；阵列部分包括多个电极触点；引线部分包括多个引线；引出端部分包括多个导电引出端；引线的一端连接导电引出端；引线的另一端连接电极触点；电极触点包括探针电极触点和平面电极触点；探针电极触点和平面电极触点成组设置；探针电极触点和平面电极触点均阵列设置。本发明集合了易制作、技术相对成熟的工艺、材料技术，制作可以可复制、批量及低成本的脑机接口(BCI)柔性针状阵列；本发明采用柔性基底，使用不同高度的的金属探针触点，既可以探测不同深度的神经信号，柔性基底能与生物脑的曲面紧贴贴附，亦可做较大面积的阵列。

Description

柔性基底脑机接口信号采集调控探针阵列及其制备方法

技术领域

本发明涉及探针阵列的技术领域，具体地，涉及一种柔性基底脑机接口调控信号采集调控探针阵列及其制备方法。尤其是，优选的涉及一种柔性基底脑机接口神经调控信号采集三维探针阵列及其制备方法。

背景技术

1、中国于2018年发布科技创新2030-脑科学与类脑研究。中国脑计划制定为15年计划(2016-2030年)，发展脑科学、类脑技术，从认识脑、保护脑和模拟脑三个方向展开研究。

脑机接口是通过传感终端将大脑与计算机或其它外界装置直接连接，提取大脑信号、解码大脑信号并通过解码的特征脑电信号不依靠常规的(外周神经与肌肉组织)输出通道，而通过“电脑”技术自接转换成可用于操控外部装置工作的指令信号来控制装置的系统。BCI是大脑和外部装置进行交互实时通信系统。BCI实现了大脑和外部设备之间的双向通信。建立起大脑与外部装置直接交流和控制的信息通道。BCI英文全称为Brain ComputerInterface，中文译文为脑机接口技术。

BCI是生物脑的感知能力和认知能力，与计算机能力完美结合的系统。脑机接口(BCI)技术有广阔的应用前景，如可以帮助人们直接通过思维来控制基于BCI接口从事各种工作的机器人和终端。BCI系统可以应用在康复、老年人护理等医疗领域及教育、军事、娱乐、智能家居等诸多方面。

2、BCI接口的传感电极的形式：

脑机接口主要部分之一是将生物脑中的信息读取(提取)出来。目前主要有非侵入式和侵入式信息提取收集方式；最主流的三种脑机接口分别是带在头上的脑电帽(EEG)；读取大脑皮层信号(ECoG)的阵列及植入脑皮质内部的提取(LFP MUA SUA...)等的信号电极。浸入式的提取信号信噪比好，空间分辨率高。EEG的英文全称为Electroencephalogram，中文译文为脑电图。ECoG的英文全称为ElectroCorticoGram，中文译文为皮层电图；LFP的英文全称为Local Field Potential，中文译文为局部场电位；MUA的英文全称为Multi-UnitActivity，中文译文为多神经元活动；SUA的英文全称为Single Unit Activity，中文译文为单神经元活动。DBS的英文全称为Deep Brain Stimulation，中文译文为脑深部电刺激疗法。

浸入式生物皮质下记录的电信号包括低频(主要为0-100Hz)的局部场电位(LFP，Local Field Potential)和高频的动作电位。皮质内电位信号包括；一定范围内神经元膜电位总和LFP。单神经元活动(SUA，Single Unit Activity)和多神经元活动(MUA，Multi-Unit Activity)，这些活动电位记录了大量神经活动信息。

2.1、目前发展比较成熟的读取大脑皮层信号(ECoG)的有基于半导体等工艺技术的犹他电极(Utah Electrode Array，UEA)和密西根(Michigan)电极。犹他电极阵列是利用半导体技术，刻蚀形成硅针阵列，可以刺激或记录单个神经元的放电活动信息，具有高时空分辨率。密西根电极具有更高的集成度和单电极上有多个触点，触点密度高，可探测与刺激不同深度神经元活动。此两类电极是硬(刚性)基底电极阵列。

现在生物脑电极阵列技术，正在向超高密度记录、大范围记录、创伤微小化、高性能技术方向发展。

2.2、公开号为CN103172015A的中国发明专利文献公开了一种用于制造带有孔洞的硅微针阵列的方法以及微针阵列，涉及具有孔洞的硅微针阵列，利用半导体工艺形成硅微针阵列及借助激光打孔在微针阵列中打孔形成孔洞。孔洞为药物释放作用(主要形成是硬基底硅微针阵列及在硅基上激光打孔形成孔洞)。

2.3、早期为提高微小电极的电流密度，(Andy Hung等人在文章“高密度神经刺激系统中的微机械电极”里报导用电镀法在一个触点上制作多个凸起电极，制作单一电极触点出平面电极突起结构，使接触面积增大。该方法是利用光刻胶显影形成孔洞，再电镀形成凸起。

一、凸起的是金属，不做绝缘层覆盖，电镀形成的金属电极凸起部毛糙，边角锐利。二、孔洞是显影形成，孔深/宽比小(孔深小)。三、硬硅基基底，工艺复杂。

2.4、中国科学院上海微系统与信息技术研究所为提高电荷密度，采用电镀方式形成电极触点半球形凸起，使电极的面积可以显著增加。使用了柔性聚酰亚胺基底、钛和铂或金电极。电极高度不高，没有形成针状结构，平面略凸起电极，因电镀在高度方向生长的同时，亦横向生长，如果形成高突起的阵列，电极密度会受到限制。

公开号为CN101172184A的中国发明专利文献公开了一种三维柔性神经微电极及其制作方法，该微电极利用柔性聚合物作为基底材料，通过金属种子层的环状图案设计，进行递进式电镀，形成具有圆滑三维凸起特征的电极位点结构，该结构既可保证电极位点与神经细胞的良好接触，同时又可避免现有三维神经微电极中凸起电极位点的锐利棱角对神经组织的损伤。另外，在电镀过程中通过复合电镀工艺，即电镀液中添加纳米级分散剂，使电极表面形成亚微米级的微孔结构，增加电极位点的表面积。例如凸起底电极通过电镀方式形成。

2.5、近来加州大学和波士顿大学报导了一种硅微针阵列(SiMNA)新型脑机接口。此脑机接口是半导体硅(Si)工艺技术，主要通过硅的刻蚀形成硅针，并通过薄膜工艺技术形成Pt纳米层(PtNM)作为电极界面材料。

此脑机接口与“犹他阵列”相近，都是用半导体硅形成微针。与犹他阵列不同是，此硅微针阵列使用的柔性透明材料制成。硅针上通过铂银合金形成铂纳米层增加电流密度。仍然是半导体工艺硅针阵列，制作复杂，硬性硅针。形成大面积柱状硅针仍然有一定难度。

2.6、更早期，Yichen Lu等报导；(Flexible Neural Electrode Array Based-onPorous Graphene for Cortical Microstimulation and Sensing)Published:19September 2016为了提高每个电极的电流密度，在平面电极触点上采用激光直接热解法制备三维多孔石墨烯。增加电极表面积提高电荷注入，产生较理想的电流密度。此报道是平面电极上形成石墨烯，该阵列是平面结构电极。不是针状阵列结构。

公开号为CN112631425A的中国发明专利文献公开了一种微针阵列式脑机接口器件及其制备方法，该微电极利用柔性聚合物作为基底材料，通过金属种子层的环状图案设计，进行递进式电镀，形成具有圆滑三维凸起特征的电极位点结构，该结构既可保证电极位点与神经细胞的良好接触，同时又可避免现有三维神经微电极中凸起电极位点的锐利棱角对神经组织的损伤。另外，在电镀过程中通过复合电镀工艺，即电镀液中添加纳米级分散剂，使电极表面形成亚微米级的微孔结构，增加电极位点的表面积。

针对上述中的相关技术，发明人认为1)犹他阵列电极是微细硅针式电极，比较脆，易折断。采用半导体技术，工艺复杂，成本高。这些阵列探针适用于大脑表层，因是平面硬(刚性)电极，与生物脑的曲面接触，当面积较大时不能按曲面紧贴贴附。2)其它硅针类阵列电极，使用的是半导体微加工工艺技术，需要多道光刻蚀刻工艺。设备精度及制作要求高，工艺复杂难度大，成本高。3)采用柔性基底的探针阵列，大多数亦是采用硬硅针阵列的制作方法，采用半导体工艺技术，仅在基底材料上用柔性材料替代，除解决了生物脑曲面贴合的问题，但仍然使用的是复杂的半导体工艺技术，硅针上需要镀金属、等离子或离子束刻蚀的复杂工艺制作复杂。硅的各向同性刻蚀性，同时制作较高柱状电极并保持高密度存在一定难度。4)采用的激光打孔技术，是在硅基上形成微孔，微孔的作用是实现了向针装载活性物质等，借助于通孔与阵列背面建立流体接触。5)电镀方式形成电极触点半球形凸起，其目的使电极的面积可以显著增加，亦提高了电流密度。使用了柔性聚酰亚胺基底、钛和铂或金电极。但其电极不是针状结构，是平面略凸起电极，因电镀在高度方向生长的同时，亦横向生长(面积亦扩大)，如果形成高突起的阵列，电极密度会受到限制。6)激光直接热解法制备三维多孔石墨烯是在平面电极触点上实现。增加平面电极表面积提高电荷注入，产生较理想的电流密度。但没有形成针状的阵列的顶端石墨烯形成。该阵列是平面结构电极。不是凸起针状阵列结构。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种柔性基底脑机接口信号采集调控探针阵列及其制备方法。

根据本发明提供的一种柔性基底脑机接口信号采集调控探针阵列，其特征在于，包括有机物基底；所述有机物基底上设置有阵列部分、引线部分和引出端部分；

所述阵列部分包括多个电极触点；

所述引线部分包括多个引线；

所述引出端部分包括多个导电引出端；

所述引线、导电引出端和电极触点一一对应设置；

所述引线的一端连接导电引出端；

所述引线的另一端连接电极触点；

所述电极触点包括探针电极触点和平面电极触点；

所述探针电极触点和平面电极触点成组设置；

所述探针电极触点和平面电极触点均阵列设置。

优选的，所述探针电极触点包括电镀盘和探针电极，且电镀盘阵列设置；

所述探针电极位于电镀盘上。

优选的，所述有机物基底为柔性基底或者硬性基底。

优选的，所述探针电极为金属探针或合金探针；

所述电镀盘、平面电极触点、引线和导电引出端为金属膜层或者合金膜层。

优选的，所述探针电极的直径包括10微米至100微米，探针电极的高度包括100微米至3000微米。

优选的，所述电极触点、有机物基底和引线上覆盖有PI层；

所述电极触点顶部均设置有石墨烯导电层；

所述石墨烯导电层网链PI层。

优选的，金属膜层或者合金膜层厚度为0.1微米至5微米。

优选的，所述石墨烯导电层的厚度为1微米至20微米。

根据本发明提供的一种柔性基底脑机接口信号采集调控探针阵列的制备方法，应用柔性基底脑机接口信号采集调控探针阵列，包括如下步骤：

基底形成步骤：形成有机物基底；

膜层形成步骤：在有机物基底上形成金属膜层或者合金膜层；

形化工艺步骤：在金属膜层或者合金膜层上通过形化工艺形成引线、导电引出端、阵列的电镀盘和阵列的平面电极触点；

涂覆胶步骤：根据探针电极的高度涂覆指定胶在有机物基底和阵列部分上，并使用预定温度固化成膜；

打孔步骤：在指定胶上对准电镀盘，采用激光脉冲方式逐步打孔至电镀盘；

探针形成步骤：使用电镀液在打孔步骤形成的孔中电镀形成探针电极；

指定胶去除步骤：去除指定胶，露出阵列的电极触点以及有机物基底；

PI层涂覆步骤：在电极触点、有机物基底和引线上覆盖PI层；

石墨烯形成步骤：在电极触点顶部采用激光辐照方式形成石墨烯导电层。

优选的，在所述涂覆胶步骤中，所述指定胶为水溶胶或光敏胶。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

1、本发明基本上是集合了易制作、技术相对成熟的工艺、材料技术，制作可以可复制、批量及低成本的BCI柔性针状阵列；

2、本发明与其它技术相比，采用柔性基底，但使用的金属探针，而不是硅材料探针，相对既有刚性，又有韧性，不易折断，同时又是生物兼容性好的探针材料；同样的柔性基底能与生物脑的曲面紧贴贴附，特别是此工艺不需要大型硅片，亦可做较大面积的阵列；

3、本发明在柔性阵列在柔性基底平面上具有一层平面阵列，同时在探针顶端亦有一平面阵列，共2层电极触点面，形成柔性立体探针阵列；

4、本发明与硅针类阵列电极不同，本技术使用的是近似电路板加工工艺技术，替代了硅针的刻蚀及硅针上镀膜刻蚀等工艺技术需要多道光刻蚀刻工艺。主要采用了直接在基底电极底盘上电镀生长金属(或金属合金)柱状或针状探针。不需要像其它技术，需要刻蚀硅材料形成硅针，并在硅针上需要镀金属形成导电层等，此类工艺相对复杂，需要精确控制。本技术采用的直接电镀生长成长柱状电极。工艺相对简化，成本底；

5、本发明最主要的是采用了紫外激光打孔技术，在高温水溶胶或光刻胶上扫描汽化形成深孔技术，可以形成较深的柱状或圆台孔。避免普通光刻胶曝光显影无法形成较深的孔洞问题。此孔洞是用来控制电镀金属的生长，使金属沿着孔洞生长淀积成探针。特别是可以按照需求设计形成需要的长度和直径的探针。在孔洞中生长成金属探针。不在需要在硅针上再镀涂金属、刻蚀，形成探针间隔离等的复杂工艺；同时解决了制作较高柱状电极问题；

6、采用了激光热解探针和平面结构上的有机物直接形成多孔石墨烯导电层，增加平面电极表面积提高电荷注入，产生较理想的电流密度。同时有机物与石墨烯间形成了较好的连续连接构造。替代了硅针上的有机物刻蚀有机物露出探针针尖的工艺。此工艺可以在柔性基底平面和金属针尖上在一个工艺过程中形成两个平面的探针导电触点及石墨烯化。亦不用反应离子蚀刻等技术去除有机物绝缘层的工序；

7、采用这种特殊金属的结构和制作方法，亦可以形成多重柔性基底电路(类似两层电路板或多层板电极走线)，制作更高密度的柔性探针阵列；

8、同样，本发明在工艺上选择重复一些工序，可以在同一柔性基底上制作不同高度的探针阵列，形成，高中底3层电极触点平面或更多；

9、本发明亦可以根据应用要求使用硬性(刚性)基底，制作高密度、高深度的探针阵列，此探针阵列亦可以作为神经等体外培养的MEA阵列；

10、本发明可以创造小型化、高密度ECoG柔性探针阵列。同时也为大面积ECoG阵列制作提供了简便的技术和降低制作成本。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本发明探针阵列电极第一示意图(平面图)；

图2为图1中A部分的放大示意图；

图3为图1中B部分的放大示意图；

图4为本发明探针阵列电极第二示意图(平面图)；

图5为2个不同高度平面阵列部分截面图；

图6为3个不同高度平面阵列部分截面图；

图7为双层板阵列部分截面图；

图8为探针阵列制作工艺流程图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。

本发明实施例一公开了一种柔性基底脑机接口神经调控信号采集三维探针阵列，如图1和图2所示，包括有机物基底。有机物基底为柔性基底或者硬性基底。有机物基底上设置有阵列部分(探针阵列部分)、引线部分(探针阵列电极走线部分)和引出端部分(探针阵列电引出端部分)。阵列部分包括多个电极触点(探针电极触点、与PI同层的平面电极触点)，即阵列部分包括排列成阵列状的柱状探针电极触点及与基底同平面的阵列状电极(非柱状电极触点)。引线部分包括多个引线(探针阵列电极金属走线)。引出端部分包括多个导电引出端(引出脚(金手指))。引线、导电引出端、电极触点一一对应连接，引线的一端连接导电引出端；引线的另一端连接电极触点。图1和图2中，1为探针阵列部分；1.1为柱状探针电极；1.2为与基底同平面电极；2为探针阵列电极走线部分；2.1为探针阵列电极金属走线；3为探针阵列电引出端部分；3.1为引出脚(金手指)。

如图1和图3所示，电极触点包括探针电极触点(柱状探针电极)和平面电极触点(与基底同平面电极)；探针电极触点和平面电极触点成组设置；探针电极触点和平面电极触点均阵列设置。探针电极触点包括电镀盘和探针电极，且电镀盘阵列设置；探针电极位于电镀盘上。即探针电极触点包括柱状电极触点和柱状电极电镀盘。

电镀盘、平面电极触点、引线和导电引出端为金属膜层或者合金膜层。探针电极为金属探针或合金探针。电镀盘和探针电极成组设置。探针电极的直径包括10微米至100微米，探针电极的高度包括100微米至3000微米。

电极触点、有机物基底和引线上覆盖有PI层。即柱状电极触点柱状面上是PI层。

如图1和图5所示，电极触点顶部均设置有石墨烯导电层；石墨烯导电层网链PI层。石墨烯导电层的厚度为1微米～20微米。图5中，4.1为柔性PI层(或硬基底)；4.2为金属底盘及金属探针柱；4.3为探针柱外层PI；4.4为探针柱顶端石墨烯导电层；4.5为PI平面覆盖层；4.6为金属走线；4.7为平面探针金属底盘及石墨烯导电层。

本发明实施例一还公开了一种柔性基底脑机接口神经调控信号采集三维探针阵列的制备方法，如图8所示，应用柔性基底脑机接口神经调控信号采集三维探针阵列，包括如下步骤：

基底形成步骤：形成有机物基底。

膜层形成步骤：在有机物基底上形成金属膜层或者合金膜层。

形化工艺步骤：在金属膜层或者合金膜层上通过形化工艺形成引线、导电引出端、阵列的电镀盘和阵列的平面电极触点。

涂覆胶步骤：根据探针电极的高度涂覆指定胶在有机物基底和阵列部分上，并使用预定温度固化成膜。指定胶为水溶胶或光敏胶。

打孔步骤：在指定胶上对准电镀盘，采用激光脉冲方式逐步打孔至电镀盘。

探针形成步骤：使用电镀液在打孔步骤形成的孔中电镀形成探针电极。

指定胶去除步骤：去除指定胶，露出阵列的电极触点以及有机物基底。

PI层涂覆步骤：电极触点、有机物基底和引线上覆盖PI层。

石墨烯形成步骤：在电极触点顶部采用激光辐照方式形成石墨烯导电层。

剥离步骤：柔性电极形成后，用激光剥离PI与石英玻璃剥离，最后形成“柔性BCI电极”。

本发明实施例二公开了一种柔性基底脑机接口神经调控信号采集三维探针阵列，如图1和图5所示，电极结构是由；阵列部分及引线和引出端构成。阵列部分由有机物基底、引线、金属圆柱针(探针电极)、有机物绝缘层(PI层)及石墨烯导电层构成。

柔性基底有机物为聚酰亚胺PI(聚酰亚胺Polyimide，PI)。厚度约1微米～25微米，如采用双层或多层线路结构，厚度可以根据实际情况调整。

PI上表面是金属(或金属合金)导电引线电极触点电极(金属(或合金)及阵列部分及引线和金属电极走线引出端。金属或合金膜层厚度0.1微米～5微米。

在金属底盘(电镀盘)上竖立的金属或合金探针(探针电极)。柱状探针直径可以是10微米～100微米，探针高度可以100微米～3000微米(或根据需要到更高)。

除导电引线终端及电极触点电极、阵列探针顶部外，其它部分覆盖一层PI层，厚度1微米～25微米(柔性基底或者硬基底上覆盖PI层)。

在柔性基底电极触点上及金属探针顶部是PI辐照形成的3维石墨烯导电层，厚度1微米～20微米。

本发明实施例二还公开了一种柔性基底脑机接口神经调控信号采集三维探针阵列的制备方法，如图8所示，此电极探针阵列制备技术采用紫外激光打孔、微细孔洞控制电镀生长金属探针、激光制备导电石墨烯技术及激光剥离技术。流程简单易于批量制作。其制备工艺技术、流程如下：

1、a-1：选用研磨抛光的平板石英玻璃(如作为生物神经培养检测阵列，除用平板石英玻璃也可以直接选用镀金或钛金合金薄膜的电路板PCB，以进一步简化工艺流程)，在石英玻璃上旋涂或刮涂(SLIT涂胶方式)形成一层厚度约1微米～25微米的PI层(a-2)。即a：柔性PI层(或硬基底)上镀涂金属层。

2、b：通过电子束蒸发及磁控溅射等方式，在PI上形成一层金属(金Au或钛Ti金Au合金等金属层)。金属或合金膜层厚度0.1微米～5微米。

3、通过正常的光刻图形化工艺形成阵列部分导电引线金属或合金，电极触点电极、引线和金属电极引线引出端。此工序，需要在电极引出端(金手指)处预留共通电极，方便后续电镀工艺电镀过程的电联接。即b：金属层电镀底盘及走线，引出端图形形成。

4、以上如是需要更高密度电极阵列，制作2层电极板，重复工序a-2和b工序。在第二次a-2工序涂敷的是光敏PI，并在电极引出端处显影露出第一层的金属引出端。两层电极板上的金属或金属合金根据需要进行连接。

5、c：在阵列部分PI及金属电极上用SLIT方式，根据探针高度涂敷100微米～3000微米厚度的高温水溶胶或光敏胶(对355纳米紫外激光吸收率较好的材料)，高温120℃固化成厚膜。即c：光刻胶或高温水溶性胶涂敷。

6、d：用直径较小的355纳米紫外激光，(如5微米)先对准阵列电极电镀盘，采用脉冲方式逐步打孔至金属层，脉冲频率和脉冲宽度，(如需要使得电镀金属探针与电极底盘连接牢固，可以改变激光输出功率进一步汽化金属层及PI层)再根据设计的探针直径(如10微米)用5微米激光束进行旋转扩孔并抛光孔洞到10微米。此时仅对需要电镀金属探针的电镀盘处打孔(此处孔洞直径及深度需适当考虑电镀过程中电镀液在孔洞内的浓度梯度变化及电镀液交换问题)，在基底上的平面电极触点处不打孔。即d：激光打孔及激光孔抛光。

7、e：将电极整个挂在电镀架上做好电联接阵列电极作为阴极，阳极采用Pt电极，适当温度下，电镀液采用同质材料镀金或合金方式。合理控制酸碱度、溶液浓度，并采用垂直阵列面的电镀液流动方式，及溶液震荡方式保证电镀孔内电镀液充分交换。根据控制电镀时间得到所需的电极探针高度。电镀后采用与普通镀金工艺一样的清洗等程序处理，完成电镀金属阵列金属针部分。

8、此工序可以在需要比较高要求的探针阵列时实施，电镀过程中，因条件不同，可能有些电极探针高低不等，及电镀边角锐利，可以将电镀好的阵列电镀面进行研磨抛光，使电极阵列一样高，再将阵列部分侵入硝酸及盐酸的混和液中进行轻微腐蚀，清洗，腐蚀后，去掉了电极顶端锐利的边角，并使探针顶端形成半圆或锥形，同时也少量部分的的抛光了探针圆柱上表面。即e：电镀形成探针柱(需要时表面研磨抛光并腐蚀处理)。图5中平面为不腐蚀的情况，弧面为腐蚀的情况。

9、f：用碱性液或高于95℃热水去除光敏胶或高温水溶胶，露出金阵列探针和平面电极触点及电极走线。即f：脱胶或高温热水去除高温水胶。

10、g：采用浸涂方式在电极走线、探针等上面涂敷一层厚度1-25微米的光敏PI层，对聚酰亚胺(PI)显影固化露出电极金属引出端。即g：涂敷PI层并显影露出引出端、膜层固化。

11、h：用355纳米紫外皮秒激光光源对探针针尖上部分及基底平面部分的PI激光照射形成3维石墨烯导电结构。形成的石墨烯经后处理，清洗等完成制作。即h：柱顶及平面上PI电极的激光石墨烯化处理。

另外：i：从工艺g返回，重复工艺c、d、e、f，再执行g和h。形成3层立体探针阵列。例如图8中的3个高度探针阵列截面，左面2个电极表示研磨没有腐蚀抛光。右面2个电极表示经过研磨抛光。

12、用激光剥离技术在石英玻璃面照射，分离PI和石英玻璃。再根据整个电极图形，用激光切割出完整电极。

本发明实施例三公开了一种柔性基底脑机接口信号采集调控探针阵列，如图4所示，为图1的另一种变化，探针阵列可以是MxN阵列；图上阵列行列数是示意图。整个电极外观可以根据应用场景和用途按需设计。

本发明实施例四公开了一种柔性基底脑机接口信号采集调控探针阵列及其制备方法，如图6和图8所示，与实施例三的不同之处在于，还含有i：在工艺上选择重复一些工序(工艺g返回，重复工艺c、d、e、f，再执行g和h)，可以在同一柔性基底上制作不同高度的探针阵列，形成，高中底3层电极触点平面或更多。图6中，5.1为阵列基底层平面电极；5.2为中等高度金属探针柱；5.3为高金属探针柱。

本发明实施例五公开了一种柔性基底脑机接口信号采集调控探针阵列，如图7所示，与实施例四的不同之处在于，采用这种特殊金属的结构和制作方法，亦可以形成多重柔性基底电路(类似两层电路板或多层板电极走线)，制作更高密度的柔性探针阵列。例如制作两层电路板，重复工序a-2和b工序。在第二次a-2工序涂敷的是光敏PI，并在电极引出端处显影露出第一层的金属引出端。图7中，6.1为双层金属柔性PI板(或硬性材料基板)；6.2为第二层金属走线(层)；6.3为阵列底部PI保护层；6.4为双层金属层走线过孔；6.5为可附加的电磁屏蔽层。

本发明实施例六公开了一种基底脑机接口信号采集调控探针阵列，根据应用要求使用硬性(刚性)基底，制作高密度、高深度的探针阵列，此探针阵列亦可以作为神经等体外培养的MEA阵列。

本发明采用柔性基底的探针阵列，阵列探针适用于大脑表层，能与生物脑的曲面接触紧贴贴附，亦可做较大面积的阵列，该柔性阵列在柔性基底平面上具有平面阵列，同时在探针顶端亦有一平面阵列，共通形成柔性立体(在一个位置有2个接近的不同深度电极触点)。

本发明与硅针类阵列电极不同，本技术使用的是近似电路板加工工艺技术，替代了硅针的刻蚀及硅针上镀膜刻蚀等工艺技术需要多道光刻蚀刻工艺。工艺相对简化，成本低。

本发明采用了直接在基底电极底盘上电镀生长金属(或金属合金)柱状或针状探针。不需要刻蚀硅材料形成硅针，并在硅针上需要镀金属形成导电层等。

本发明采用了紫外激光打孔技术，在高温水溶胶或光刻胶上扫描汽化形成深孔技术，可以形成较深的柱状或圆台孔。避免普通光刻胶曝光显影无法形成较深的孔洞问题。

本发明利用激光形成的孔洞，进行电镀，使电镀金属在柔性基底金属电极盘上孔洞缓慢生长，亦可一按照需求应用，按阵列探针设计的长度和直径在孔洞中生长成探针。解决硅针制作及在硅针上镀涂金属、刻蚀的复杂工艺。同时解决了制作较高柱状电极并保持高密度问题。

本发明增加平面电极表面积提高电荷注入，产生较理想的电流密度。采用了激光热解探针和平面结构上的有机物直接形成多孔石墨烯导电层，同时有机物与石墨烯间形成了较好的连续连接构造。替代了硅针上的有机物刻蚀有机物露出探针针尖的工艺。此工艺在柔性基底平面和金属针尖上在一个工艺过程中形成两个平面的探针触点。(特别是针状的阵列的顶端石墨烯形成)亦不用反应离子蚀刻等技术去除有机物绝缘层的工序。

本发明形成的最后结构是柔性基底上的完全金属的探针，代替了硅探针。金属探针柔韧性大大优于硅探针。

本发明根据这种特殊金属的结构和制作方法，亦可以形成多重柔性基底电路(两层或多层板电极走线)，制作更高密度的探针阵列。

本发明亦可以根据应用要求使用硬性(刚性)基底，制作高密度、高深度的探针阵列。(刚性基底使用主要是在高密度时，柔性基底弯曲时会引起探针顶部尖端碰在一起，引起短路。此探针阵列亦可以作为神经等培养的MEA阵列。

本发明是创造小型化、提高高密度ECoG微加工技术。同时也为大面积ECoG阵列制作提供了简便的技术，和降低成本的可能性。本发明集合了易制作、技术相对成熟的工艺、材料技术，制作可以可复制、批量及低成本的脑机接口(BCI)柔性针状阵列；本发明采用柔性基底，使用不同高度的的金属探针触点，既可以探测不同深度的神经信号，柔性基底能与生物脑的曲面紧贴贴附，亦可做较大面积的阵列。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“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为基于附图所示的方位或位置关系，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，因此不能理解为对本申请的限制。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

Claims (10)

1.一种柔性基底脑机接口信号采集调控探针阵列，其特征在于，包括有机物基底；所述有机物基底上设置有阵列部分、引线部分和引出端部分；

所述阵列部分包括多个电极触点；

所述引线部分包括多个引线；

所述引出端部分包括多个导电引出端；

所述引线、导电引出端和电极触点一一对应设置；

所述引线的一端连接导电引出端；

所述引线的另一端连接电极触点；

所述电极触点包括探针电极触点和平面电极触点；

所述探针电极触点和平面电极触点成组设置；

所述探针电极触点和平面电极触点均阵列设置。

2.根据权利要求1所述的柔性基底脑机接口信号采集调控探针阵列，其特征在于，所述探针电极触点包括电镀盘和探针电极，且电镀盘阵列设置；

所述探针电极位于电镀盘上。

3.根据权利要求1所述的柔性基底脑机接口信号采集调控探针阵列，其特征在于，所述有机物基底为柔性基底或者硬性基底。

4.根据权利要求2所述的柔性基底脑机接口信号采集调控探针阵列，其特征在于，所述探针电极为金属探针或合金探针；

所述电镀盘、平面电极触点、引线和导电引出端为金属膜层或者合金膜层。

5.根据权利要求2所述的柔性基底脑机接口信号采集调控探针阵列，其特征在于，所述探针电极的直径包括10微米至100微米，探针电极的高度包括100微米至3000微米。

6.根据权利要求1所述的柔性基底脑机接口信号采集调控探针阵列，其特征在于，所述电极触点、有机物基底和引线上覆盖有PI层；

所述电极触点顶部均设置有石墨烯导电层；

所述石墨烯导电层网链PI层。

7.根据权利要求4所述的柔性基底脑机接口信号采集调控探针阵列，其特征在于，金属膜层或者合金膜层厚度为0.1微米至5微米。

8.根据权利要求6所述的柔性基底脑机接口信号采集调控探针阵列，其特征在于，所述石墨烯导电层的厚度为1微米至20微米。

9.一种柔性基底脑机接口信号采集调控探针阵列的制备方法，其特征在于，应用权利要求1-8任一所述的柔性基底脑机接口信号采集调控探针阵列，包括如下步骤：

基底形成步骤：形成有机物基底；

膜层形成步骤：在有机物基底上形成金属膜层或者合金膜层；

形化工艺步骤：在金属膜层或者合金膜层上通过形化工艺形成引线、导电引出端、阵列的电镀盘和阵列的平面电极触点；

涂覆胶步骤：根据探针电极的高度涂覆指定胶在有机物基底和阵列部分上，并使用预定温度固化成膜；

打孔步骤：在指定胶上对准电镀盘，采用激光脉冲方式逐步打孔至电镀盘；

探针形成步骤：使用电镀液在打孔步骤形成的孔中电镀形成探针电极；

指定胶去除步骤：去除指定胶，露出阵列的电极触点以及有机物基底；

PI层涂覆步骤：在电极触点、有机物基底和引线上覆盖PI层；

石墨烯形成步骤：在电极触点顶部采用激光辐照方式形成石墨烯导电层。

10.根据权利要求9所述的柔性基底脑机接口信号采集调控探针阵列的制备方法，其特征在于，在所述涂覆胶步骤中，所述指定胶为水溶胶或光敏胶。

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