CN115500833B - 一种定位隔板和面阵式微针结构 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种定位隔板和面阵式微针结构，该定位隔板包括至少两个梳齿结构件，所述梳齿结构件相互堆叠布置，形成若干个供微针的体电极穿过的微针孔。该定位隔板在面阵微针植入时可起到定位导向和固定作用，实现微针的精准植入，而在微针完全植入后可以拔出，不会对人体器官和组织造成损伤。

Description

一种定位隔板和面阵式微针结构

技术领域

本发明属于脑机接口神经微电极技术领域，具体涉及一种定位隔板和面阵式微针结构。

背景技术

在神经接口中，通过电极采集脑信号，其中电极包括侵入式和非侵入式等形式，侵入式电极采集的脑信号更为准确、可靠性更高。然而，现有侵入式微针结构在具体使用时，侵入式微针设置时手术难度较大，由于操作的局限性，无法精确实现微针的精准设置和避免靶区组织位移现象。

另外，现有侵入式微针结构多数为单一类型电极，如硬针结构的密西根电极、犹他电极，软针结构的聚酰亚胺电极。然而，对于硬针（刚性针）在植入时无法随着血管伸缩而进行适应性形变，可能会对组织造成一定的损伤；而软针结构在植入时易发生变形，需借助外部设备辅助植入，存在结构复杂，效率低下等问题；此外，目前硬针或软针的功能较单一，即仅具有记录功能，不具备刺激功效；更重要的是，脑电信号幅度小、频率范围低且易受噪声干扰，当前技术对脑电信号的提取也不够精确。

发明内容

本发明的目的是提供一种定位隔板和面阵式微针结构，至少可以解决现有技术中存在的部分缺陷。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种定位隔板，包括至少两个梳齿结构件，所述梳齿结构件相互堆叠布置，形成若干个供微针的体电极穿过的微针孔。

进一步的，所述梳齿结构件包括连接板以及形成于连接板上的若干个齿条，各所述齿条等间距并排连接于连接板上；所述梳齿结构件的齿条相互堆叠，形成若干个呈阵列分布的微针孔。。

进一步的，所述梳齿结构件的齿条间距略大于微针的体电极宽度或微针的体电极厚度。

另外，本发明还提供了一种面阵式微针结构，包括上述的定位隔板和至少一个微针组件，所述微针组件包括微针体、集成电路芯片和微带线，所述集成电路芯片设置于所述微针体尾部，所述微带线与集成电路芯片一端部固定形成电连接，各微针体的体电极穿过定位隔板的微针孔。

进一步的，所述微针体包括硬针和软针，所述硬针具有硬针尾部以及形成于硬针尾部上的至少一个硬针体电极，所述软针具有软针尾部以及形成于软针尾部上的至少一个软针体电极；所述软针体电极与硬针体电极通过第一固定件对应固定，所述软针尾部与硬针尾部通过第二固定件固定，所述集成电路芯片与所述软针尾部通过倒焊方式进行电连接。

进一步的，所述第一固定件为若干个沿硬针体电极长度方向间隔布置的钩子结构，该钩子结构具有第一部分和第二部分，所述第二部分两端分别与所述第一部分和所述硬针体电极表面连接，所述第一部分与所述硬针体电极表面平行，且所述软针体电极位于所述第一部分与所述硬针体电极表面之间，所述第二部分与所述硬针体电极表面呈预设角度。

进一步的，所述软针体电极上对应钩子结构位置处设有供钩子结构穿过的开口，所述开口上设有供钩子结构脱离软针的脱钩结构；所述脱钩结构为由开口边缘向开口内延伸的脱钩部，所述脱钩部之间的间距小于钩子结构的宽度，且脱钩部关于开口的轴线对称布置，所述脱钩部侧边与对应开口侧边沿之间具有间隙。

进一步的，所述第二固定件为在硬针尾部沿硬针宽度方向间隔布置的若干个插销结构，所述插销结构由上大下小的两个同轴圆柱构成，所述软针尾部对应插销结构处开设有插销孔，且在软针尾部上沿插销孔边缘向外设置若干个中心对称图形，所述插销结构的上圆柱直径大于所述插销孔直径。

进一步的，所述集成电路芯片两端设有连接通孔，多个集成电路芯片通过束缚结构组装在一起，所述束缚结构贯穿位于同侧的连接通孔。

进一步的，所述微带线包括总线以及与总线连接的若干分线，各所述分线与各集成电路芯片的一端部通过倒焊方式对应焊接固定。

与现有技术相比，本发明的有益效果：

(1)本发明提供的这种定位隔板在面阵微针植入时可起到定位导向和固定作用，实现微针的精准植入，而在微针完全植入后可以拔出，不会对人体器官和组织造成损伤。

(2)本发明提供的这种面阵式微针结构通过将微针阵列直接与集成电路芯片进行倒焊，可以实现神经信号的实时、快速、准确的提取与刺激，以最大限度的降低传输损耗和减小噪声信号，从而保证稳定无损的信号传输。

(3)本发明提供的这种面阵式微针结构中将微针体设计为硬针和软针复合的结构形式，通过硬针将软针带入组织内，再拔出硬针的设计，避免了采用单一硬针或软针的缺陷。

(4)本发明提供的这种面阵式微针结构中通过在软针的软针体电极上图形化脱钩结构以及在硬针的相应位置生长钩子结构，一方面能够通过钩子结构带动软针植入，另一方面能够很好的固定硬针和软针，防止它们之间发生移动，同时减小软针发生翘曲的风险。

(5)本发明提供的这种面阵式微针结构中通过在软针尾部图形化出中心对称图形和在硬针的相应位置生长插销结构，能够很好的固定硬针和软针，防止它们之间发生移动，保证软针植入的稳定性和准确性。

以下将结合附图对本发明做进一步详细说明。

附图说明

图1是本发明定位隔板的结构示意图；

图2是本发明面阵式微针结构示意图；

图3是本发明中微针体的结构示意图；

图4是本发明中硬针体电极和软针体电极固定结构示意图；

图5是本发明中硬针体电极的结构示意图；

图6是本发明中软针体电极的结构示意图；

图7是本发明中硬针尾部和软针尾部固定结构示意图；

图8是本发明中硬针尾部的结构示意图；

图9是本发明中软针尾部的结构示意图；

图10是本发明中微带线与集成电路芯片倒焊示意图；

图11是本发明中微针体与集成电路芯片倒焊示意图；

图12是本发明中多层集成电路芯片固定结构示意图。

附图标记说明：1、连接板；2、齿条；3、微针孔；4、微带线；5、微针体；6、钢针；7、集成电路芯片；8、定位隔板；9、体电极；10、硬针；11、软针；12、第二固定件；13、第一固定件；14、硬针体电极；15、软针体电极；16、钩子结构；17、开口；18、脱钩部；19、硬针尾部；20、软针尾部；21、插销结构；22、中心对称图形；23、插销孔；24、总线；25、分线。

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前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“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发明和简化描述，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发明的限制。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，还可以是抵触连接或一体地连接；对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征；在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

实施例1：

如图1所示，本实施例提供了一种定位隔板，包括至少两个梳齿结构件，所述梳齿结构件相互堆叠布置，形成若干个供微针的体电极穿过的微针孔3。在实际使用中，该定位隔板和微针配套使用，微针包括至少一个体电极，体电极穿过定位隔板上对应的微针孔3，以对微针进行固定和定位。

其中，微针孔3的数目可以为一个，也可以为多个，具体依据微针所包含的体电极的数目而定，微针孔3的分布形式可以为阵列分布，也可以为交错分布，具体依据微针所包含的体电极的分布形式而定，在此不做具体限定。

具体的，在本实施例中，所述梳齿结构件包括连接板1以及形成于连接板1上的若干个齿条2，各所述齿条2等间距并排连接于连接板1上；所述梳齿结构件的齿条2相互堆叠，形成若干个呈阵列分布的微针孔3。进一步的，所述梳齿结构件的齿条2间距略大于微针的体电极宽度或微针的体电极厚度，保证微针的体电极可在齿条间上下活动，而不存在晃动，通过梳齿结构从体电极的宽度和厚度两个方向对微针进行固定和定位，实现微针的精准植入，同时在微针完全植入后，该定位隔板可以方便拔出，不会对人体器官和组织造成损伤。

实施例2：

如图2所示，本实施例提供了一种面阵式微针结构，包括上述的定位隔板8和至少一个微针组件，所述微针组件包括微针体5、集成电路芯片7和微带线4，所述集成电路芯片7设置于所述微针体5尾部，所述微带线4与集成电路芯片7一端部固定形成电连接，各微针体5的体电极9穿过定位隔板8上对应的微针孔3。在本实施例中，该面阵式微针结构植入组织过程中，通过定位隔板8对各体电极9的植入过程进行定位导向，实现微针的精准植入，同时将微针体5与集成电路芯片7进行集成设计，可以实现神经信号的就地采集与刺激，相应地优化神经接口的功能性，更好地满足临床需求。

优化的实施方式，如图3、图4和图7所示，所述微针体5包括硬针10和软针11，所述硬针10具有硬针尾部19以及形成于硬针尾部19上的至少一个硬针体电极14，所述软针11具有软针尾部20以及形成于软针尾部20上的至少一个软针体电极15；所述软针体电极15与硬针体电极14通过第一固定件13对应固定，所述软针尾部20与硬针尾部19通过第二固定件12固定；优选的，如图11所示，所述集成电路芯片7与所述软针尾部20通过倒焊方式进行电连接。其中，硬针10具有一定刚性，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得硬针10；所述软针11具有一定柔性，例如可采用氮化硅、多晶硅、碳化硅等材料制得软针11。在本实施例中，由于硬针10具有一定刚性，将软针11平铺于硬针10上表面，同时通过第一固定件13和第二固定件12固定硬针10和软针11，这样硬针10可以带动软针11一同植入人体或动物的软组织内，并能够保证硬针10和软针11之间不会发生位移，当软针11植入组织后，再将硬针10拔出，硬针10与软针11分离，软针11留在植入的组织中，从而有效避免了采用单一硬针或软针所产生的缺陷。

在可选的实施方式中，如图4、图5和图6所示，所述第一固定件13为若干个沿硬针体电极14长度方向间隔布置的钩子结构16，该钩子结构16具有第一部分和第二部分，所述第二部分两端分别与所述第一部分和所述硬针体电极14表面连接，所述第一部分与所述硬针体电极14表面平行，且所述软针体电极15位于所述第一部分与所述硬针体电极14表面之间，所述第二部分与所述硬针体电极14表面呈预设角度。相应的，所述软针体电极15上对应钩子结构16位置处设有供钩子结构16穿过的开口17，所述开口17上设有供钩子结构16脱离软针11的脱钩结构。具体的，所述钩子结构16的第一部分、第二部分和所述硬针体电极14表面组成开槽，所述开槽朝向硬针10的针尖，所述脱钩结构设置于开口17上远离软针11针尖的一端。在制备该硬针10与软针11复合的微针体时，先在硬针10表面生长一定厚度的牺牲层，再在牺牲层的表面生长软针11，在软针11的软针体电极15上开设开口17，并在软针11上图形化出脱钩结构，然后在开口17处再生长钩子结构16的第二部分，最后再生长钩子结构16的第一部分，然后释放硬针10与软针11之间的牺牲层，从而开口17边缘的软针体电极15部分压入至钩子结构16内，当硬针10植入组织时，通过该钩子结构16带动软针11一同植入，在到达植入地点后，向后拉动硬针10，硬针体电极14上的钩子结构16接触到开口17后端的脱钩结构后，脱钩结构使得钩子结构16与软针体电极15脱离，软针体电极15与硬针体电极14之间的固定解除，实现硬针10拔出而软针11留在组织内的目的。

可选的，如图6所示，所述脱钩结构为由开口17边缘向开口17内延伸的两片脱钩部18，两片脱钩部18关于开口的轴线对称布置，两片所述脱钩部18之间具有间距，该间距小于钩子结构16的第二部分的宽度，两片所述脱钩部18侧边与对应开口17侧边沿之间具有间隙，以便脱钩部18能向上翻起以及向两侧方向挤压。拔出硬针10时，向后拉动硬针10，钩子结构16接触该脱钩部18后，脱钩部18将会慢慢向上翘起，从而使得钩子结构16向下退出开口17。优化的，可设计两片脱钩部18与软针体电极15为一体成型结构，这样两片脱钩部18在向上打开过程中，钩子结构16的第二部分挤压脱钩部18，使得脱钩部18沿硬针10回退的方向向上翘起，从而扩大开口17的区域，钩子结构16从开口17中脱离软针11，软针11和脱钩部18为弹性材料，在硬针10与软针11脱离后，脱钩部18翘起的部分下降，恢复至原形。

可选的，如图4至图6所示，为了提高钩子结构16的强度，钩子结构16的第一部分和第二部分一体成型。在硬针10和软针11分离的过程中，为了便于钩子结构16从开口17中脱离，以及在钩子结构16挤压脱钩部18的过程中避免第一部分对脱钩部18造成影响，本实施例中设计第二部分的底面与硬针体电极14表面抵接，第二部分的顶面与第一部分的底面抵接，而且第二部分的底面大于第二部分的顶面。

优选的，为了便于硬针10脱离软针11，在本实施例中，将钩子结构16的第二部分与硬针体电极14表面之间的角度设置为锐角，即避免在远离硬针10针尖的方向上第一部分超出第二部分的端部；同时有利于钩子结构16的第二部分挤压脱钩部18而使脱钩部18向上翘起。

在可选的实施方式中，如图7、图8和图9所示，所述第二固定件12为在硬针尾部19沿硬针10宽度方向间隔布置的若干个插销结构21，所述插销结构21由上大下小的两个同轴圆柱构成，所述软针尾部20对应插销结构21处开设有插销孔23，且在软针尾部20上沿插销孔23边缘向外设置若干中心对称图形22，如本实施例中图形处的中心对称图形22可以为类似花瓣结构，所述插销结构21的上圆柱直径大于所述插销孔23直径。制备微针体时，在硬针10上生长软针11后，在软针尾部20上开设插销孔23，并图形化出中心对称图形22，再在插销孔23处生长插销结构21，由于插销结构21的上圆柱直径大于所述插销孔23直径，上圆柱会压住插销孔23边缘的部分软针结构，从而固定软针11，并能够保证硬针10和软针11之间不会发生位移；当硬针10带动软针11一同植入组织后，通过向下拉动硬针10，插销结构21的上圆柱会对软针11产生一定向下作用力，软针11上的中心对称图形22会发生一定程度弯曲变形，直至插销结构21完全退出，然后继续向后拉动硬针10，使硬针10上的钩子结构16退出，从而使硬针10和软针11完全脱离，拔出硬针10，保留软针11在组织内。

本实施例中，中心对称图形22的中心点与插销孔23的中心点重合。

优化的上述技术方案，如图12所示，所述集成电路芯片7两端设有连接通孔，多个集成电路芯片通过束缚结构组装在一起，所述束缚结构贯穿位于同侧的连接通孔，该束缚结构可以但不限于钢针6。多个集成电路芯片7通过打孔后穿钢针6进行连接固定，相较于常规TSV工艺，本实施例集成电路芯片的这种连接方式实现上更加简单可靠。

对于微带线4与多个集成电路芯片7之间的连接方式，在本实施例中，如图10所示，所述微带线4包括总线24以及与总线24连接的若干分线25，各所述分线25与各集成电路芯片7的一端部通过倒焊方式一一对应焊接固定，将微带线4直接与各集成电路芯片7进行倒焊，实现神经信号的就地采集与刺激，保证信号的稳定无损传输。

以上例举仅仅是对本发明的举例说明，并不构成对本发明的保护范围的限制，凡是与本发明相同或相似的设计均属于本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种面阵式微针结构，其特征在于：包括定位隔板和至少一个微针组件，所述定位隔板包括至少两个梳齿结构件，所述梳齿结构件包括连接板以及形成于连接板上的若干个齿条，各所述齿条等间距并排连接于连接板上；所述梳齿结构件的齿条相互堆叠，形成若干个呈阵列分布的供微针的体电极穿过的微针孔；

所述微针组件包括微针体、集成电路芯片和微带线，所述集成电路芯片设置于所述微针体尾部，所述微带线与集成电路芯片一端部固定形成电连接，各微针体的体电极穿过定位隔板的微针孔；

所述微针体包括硬针和软针，所述硬针具有硬针尾部以及形成于硬针尾部上的至少一个硬针体电极，所述软针具有软针尾部以及形成于软针尾部上的至少一个软针体电极；所述软针体电极与硬针体电极通过第一固定件对应固定，所述软针尾部与硬针尾部通过第二固定件固定，所述集成电路芯片与所述软针尾部通过倒焊方式进行电连接；

所述第一固定件为若干个沿硬针体电极长度方向间隔布置的钩子结构，该钩子结构具有第一部分和第二部分，所述第二部分两端分别与所述第一部分和所述硬针体电极表面连接，所述软针体电极位于所述第一部分与所述硬针体电极表面之间，所述软针体电极上对应钩子结构位置处设有供钩子结构穿过的开口，所述开口上设有供钩子结构脱离软针的脱钩结构；所述第二固定件为在硬针尾部沿硬针宽度方向间隔布置的若干个插销结构。

2.如权利要求1所述的面阵式微针结构，其特征在于：所述梳齿结构件的齿条间距大于微针的体电极宽度或微针的体电极厚度。

3.如权利要求1所述的面阵式微针结构，其特征在于：所述钩子结构的第一部分与所述硬针体电极表面平行，所述第二部分与所述硬针体电极表面呈预设角度。

4.如权利要求1所述的面阵式微针结构，其特征在于：所述脱钩结构为由开口边缘向开口内延伸的脱钩部，所述脱钩部之间的间距小于钩子结构的宽度，且脱钩部关于开口的轴线对称布置，所述脱钩部侧边与对应开口侧边沿之间具有间隙。

5.如权利要求1所述的面阵式微针结构，其特征在于：所述插销结构由上大下小的两个同轴圆柱构成，所述软针尾部对应插销结构处开设有插销孔，且在软针尾部上沿插销孔边缘向外设置若干个中心对称图形，所述插销结构的上圆柱直径大于所述插销孔直径。

6.如权利要求1所述的面阵式微针结构，其特征在于：所述集成电路芯片两端设有连接通孔，多个集成电路芯片通过束缚结构组装在一起，所述束缚结构贯穿位于同侧的连接通孔。

7.如权利要求1所述的面阵式微针结构，其特征在于：所述微带线包括总线以及与总线连接的若干分线，各所述分线与各集成电路芯片的一端部通过倒焊方式对应焊接固定。