CN116473564A - 一种用于临床脑功能定位的多位点钨丝微电极 - Google Patents
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Abstract
本发明公开提供一种用于临床脑功能定位的多位点钨丝微电极、制备方法及使用方法。所述多位点钨丝微电极由内到外依次包括钨丝、钨丝绝缘层、钨丝外接柔性绝缘基底层、金属导电层、以及导电层上方的绝缘层，金属导电层包括用于检测神经电生理信号和神经电化学信号的检测位点，对电极、参比电极、导线和焊盘。检测位点，对电极和参比电极与焊盘通过导线连接。本发明所得电极生物相容性好、不易变形或折断。检测稳定，且检测位点尺寸小，能满足细胞水平检测。检测位点围绕钨丝360°排列，可最大程度获取脑区神经信息，从而有效实现临床脑功能精准定位，对于临床神经疾病精准诊断治疗有着重大意义。
Description
技术领域
本发明涉及微机电系统技术领域和临床疾病治疗领域，特别涉及一种用于临床脑功能定位的多位点钨丝微电极、制备方法及使用方法。
背景技术
临床上，脑深部核团的精准检测识别对于帕金森、癫痫和阿尔兹海默症等重大脑疾病的诊断和治疗有着重要的意义。因此亟需长度尺寸合适、检测安全有效且性能优异的多位点神经微电极实现脑深部核团神经电生理信号和神经电化学信号的精准捕捉实现不同核团的识别定位。
相对于应用广泛的硅基电极，长钨丝电极强度更大更不易弯折，用于临床脑功能定位更加精准和可靠。临床常见定位电极采用单位点钨丝电极，但钨丝难以高度集成化。为了实现脑深部核团的精准功能定位，需要提升空间分辨率从而提升靶区定位的准确度。将生物相容性好、脑组织排异小的多位点柔性电极与单位点钨丝电极相结合，既能实现低损伤植入电极不移位，也能提升检测时空分辨率从而尽可能获得脑区的神经信息作为区分标准。
所以，目前缺少一种能够实现临床脑深部核团精准功能定位的多位点钨丝微电极。
发明内容
(一)要解决的技术问题
针对于上述技术问题，本发明提一种用于临床脑功能定位的多位点钨丝微电极、制备方法及使用方法，用于解决上述技术问题。
(二)技术方案
本公开提供一种用于临床脑功能定位的多位点钨丝微电极，所述多位点钨丝微电极，包括：
所述多位点钨丝微电极由内到外依次包括钨丝、钨丝绝缘层、钨丝外接柔性绝缘基底层、金属导电层、以及导电层上方的绝缘层，金属导电层包括用于检测神经电生理信号和神经电化学信号的检测位点，对电极和参比电极。检测位点，对电极和参比电极与焊盘连接相通。
进一步地，所述钨丝，尖端为圆锥体，长3mm，角度为30°。
进一步地，所述钨丝绝缘层材料为聚对二甲苯，厚2μm，所述绝缘层材料符合生物相容性的要求，能与钨丝电极紧密贴合，有效绝缘。
进一步地，所述钨丝外接柔性绝缘基底层符合生物相容性要求，且具有较好的绝缘性，具有较好的柔韧性。优选地，所述绝缘基底层材料包括聚对二甲苯、聚酰亚胺或硅橡脂等。
进一步地，所述金属导电层包括用于检测神经电生理信号和神经电化学信号的检测位点，对电极和参比电极。检测位点直径为20μm，其中电生理检测位点修饰纳米材料，电化学检测位点修饰纳米材料和聚合物抗干扰离子膜。
进一步地，所述导电层上方的绝缘层仅保留检测位点、对电极、参比电极和焊盘裸露在外。绝缘层材料符合生物相容性要求，且具有较好的绝缘性，具有较好的柔韧性。优选地，所述绝缘基底层材料包括聚对二甲苯、聚酰亚胺或硅橡脂等。
本公开还提供一种用于制备上述任意一种所述的用于临床脑功能定位的多位点钨丝微电极，包括以下步骤：
操作S1：选择尺寸长短合适的钨丝，在强碱腐蚀液中采用计时电流法电化学腐蚀钨丝尖端，将尖端腐蚀成为角度为30°的圆锥体，减小植入过程对脑组织的损伤；
操作S2：在钨丝表面沉积厚度2μm的聚对二甲苯作为绝缘层，暴露钨丝尖端，暴露面积小于30μm。使钨丝尖端作为检测位点能实现细胞水平的检测；
操作S3：在硅片表面沉积绝缘柔性材料作为基底层，其中，所述绝缘柔性材料包括聚对二甲苯、聚酰亚胺或硅橡脂等；
操作S4：在基底层上进行第一次光刻，随后在基底层上方溅射种子层和导电层图形，之后采用剥离技术去除导电层图形中检测位点、参比电极、对电极、引线、焊盘图形外的多余金属，形成导电层；
操作S5：在导电层上方沉积绝缘柔性材料作为绝缘层，进行第二次光刻，通过氧等离子体刻蚀的方法暴露检测位点、对电极、参比电极和焊盘位置；
操作S6：进行第三次光刻，形成电极的基本图形，使用氧等离子体刻蚀的方法刻蚀除电极图形外的其他基底层；
操作S7：将柔性电极沿长边环绕在绝缘后的钨丝，采用环氧树脂胶将柔性电极与钨丝紧密贴合，所得即为多位点钨丝微电极。
本公开还提供一种上述任意一种所述用于临床脑功能定位的多位点钨丝微电极的使用方法，包括将所述多位点钨丝微电极植入帕金森病人脑内，将深脑核团丘脑底核(subthalamic nucleus，STN)作为目标靶点；通过所述检测位点接受人脑丘脑网状核(reticularthalamic nucleus,Rt)、不确定带(zonaincerta,ZI)和丘脑底核(subthalamicnucleus,STN)，以及STN下方黑质(substantianigra,SN)的所述神经电生理信号和电化学信号。该多位点钨丝电极检测位点尺寸小，能满足细胞水平检测。检测位点围绕钨丝360°排列，可全方位检测、最大程度获取脑区神经信号。根据对各脑区的神经电生理信号的发放模式和神经电化学信号的浓度特征进行分类，最终实现丘脑底核的精准功能定位，对临床帕金森、肌张力障碍的诊断治疗有着重大意义。
(三)有益效果
从上述技术方案可以看出，本公开一种用于临床脑功能定位的多位点钨丝微电极至少具有以下有益效果其中之一或其中一部分：
(1)实现钨丝电极上多检测位点，解决了钨丝电极难以高度集成检测分辨率低的问题，利于实现临床脑深部核团精准定位；
(2)检测位点围绕钨丝360°排列，能够最大程度实现核团神经信息的获取；
(3)能够实现神经电生理信号和神经电化学信号的同步检测，利于获取更全面的神经信息；
(4)电极检测位点直径小，利于获取单细胞水平神经信息，提升定位精度；
(5)本发明可根据定位核团进行检测位点个性化设计排布，且可批量生产参数不同的临床电极，提高生产效率。
附图说明
为了更完整地理解本发明及其优势，现在将参考结合附图的以下描述，此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，其中：
图1是用于临床脑功能定位的多位点钨丝微电极；
图2是钨丝外接的多位点柔性电极的一种设计图；
图3是多位点柔性电极检测位点的局部放大图。
图4是用于临床脑功能定位的多位点钨丝微电极的制作步骤。
上述附图中，附图标记含义如下：
1-钨丝；2-柔性绝缘基底层；3检测位点；4-导线；5-焊盘；6-钨丝绝缘层，7-对电极；8-参比电极。
具体实施方式
以下，将参照附图来描述本发明的实施例。但是应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。在下面的详细描述中，为便于解释，阐述了许多具体的细节以提供对本发明实施例的全面理解。然而，明显地，一个或多个实施例在没有这些具体细节的情况下也可以被实施。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。
在公开实施例中，提供一种用于临床脑功能定位的多位点钨丝微电极，如图1、图2和图3所示，一种用于临床脑功能定位的多位点钨丝微电极，所述多位点钨丝微电极，由内到外依次包括：钨丝1、钨丝绝缘层6、钨丝外接柔性绝缘基底层2、金属导电层、以及导电层上方的绝缘层，金属导电层包括用于检测神经电生理信号和神经电化学信号的检测位点3，对电极7和参比电极8。所述钨丝1为单位点钨丝。检测位点3，对电极7和参比电极8各自分别通过导线4与焊盘5连接相通。
进一步地，所述钨丝1，尖端为圆锥体，长3mm，角度为30°。
进一步地，所述钨丝绝缘层6材料为聚对二甲苯，厚2微米，所述绝缘层材料符合生物相容性的要求，能与钨丝电极紧密贴合，有效绝缘。
进一步地，所述钨丝外接柔性绝缘基底层2符合生物相容性要求，且具有较好的绝缘性，具有较好的柔韧性。优选地，所述绝缘基底层2材料包括聚对二甲苯、聚酰亚胺或硅橡脂等。
进一步地，所述金属导电层包括用于检测神经电生理信号和神经电化学信号的检测位点3，对电极和参比电极。检测位点直径为20μm，其中电生理检测位点采用循环伏安法电镀修饰纳米材料PEDOT:PSS，电化学检测位点采用循环伏安法电镀修饰纳米材料PEDOT：PSS和涂覆法修饰聚合物抗干扰离子膜Nafion。进一步地，所述导电层上方的绝缘层仅保留检测位点3、对电极7、参比电极8和焊盘5裸露在外。导电层上方的绝缘层材料符合生物相容性要求，且具有较好的绝缘性，具有较好的柔韧性。优选地，所述导电层上方的绝缘层材料包括聚对二甲苯、聚酰亚胺或硅橡脂等。具体地，如图4所示，本公开还提供一种用于制备上述任意一种所述的用于临床脑功能定位的多位点钨丝微电极的方法，包括以下步骤：
操作S1：选择直径250μm长度10cm的钨丝，在1MNaOH溶液中采用计时电流法电化学腐蚀钨丝尖端，将尖端腐蚀成为角度为30°的圆锥体，减小植入过程对脑组织的损伤；
操作S2：在钨丝表面沉积厚度2μm的聚对二甲苯作为绝缘层，暴露钨丝尖端，暴露面积小于30μm2。使钨丝尖端作为检测位点能实现细胞水平的检测，得到绝缘后的钨丝；
操作S3：在硅片表面沉积10μm绝缘柔性材料作为基底层，其中，所述绝缘柔性材料包括聚对二甲苯、聚酰亚胺或硅橡脂等；
操作S4：在基底层上进行第一次光刻，随后在基底层上方溅射种子层30nmCr和导电层250nmAu图形，之后采用剥离技术去除导电层图形中检测位点、参比电极、对电极、导线、焊盘图形外的多余金属，形成导电层；
操作S5：在导电层上方沉积2μmParylene作为绝缘层，进行第二次光刻，通过氧等离子体刻蚀的方法暴露检测位点、对电极、参比电极和焊盘位置；
操作S6：进行第三次光刻，形成电极的基本图形，使用氧等离子体刻蚀的方法刻蚀除电极图形外的其他基底层，得到柔性电极；
操作S7：将柔性电极沿长边环绕在步骤S2得到的绝缘后的钨丝，采用环氧树脂胶将柔性电极与钨丝紧密贴合，所得即为多位点钨丝微电极。
本公开还提供一种上述任意一种所述用于临床脑功能定位的多位点钨丝微电极的使用方法，包括将所述多位点钨丝微电极植入帕金森病人脑内，将深脑核团丘脑底核(subthalamic nucleus，STN)作为目标靶点；通过所述检测位点接受人脑丘脑网状核(reticularthalamic nucleus,Rt)、不确定带(zonaincerta,ZI)和丘脑底核(subthalamicnucleus,STN)，以及STN下方黑质(substantianigra,SN)的所述神经电生理信号和电化学信号。该多位点钨丝电极检测位点尺寸小，能满足细胞水平检测。检测位点围绕钨丝360°排列，可全方位检测、最大程度获取脑区神经信号。根据对各脑区的神经电生理信号的发放模式和神经电化学信号的浓度特征进行分类，最终实现丘脑底核的精准功能定位，对临床帕金森、肌张力障碍的诊断治疗有着重大意义。
本领域技术人员可以理解，尽管已经参照本发明的特定示例性实施例示出并描述了本发明，但是本领域技术人员应该理解，在不背离所附权利要求及其等同物限定的本发明的精神和范围的情况下，可以对本发明进行形式和细节上的多种改变。因此，本公开的范围不应该限于上述实施例，而是应该不仅由所附权利要求来进行确定，还由所附权利要求的等同物来进行限定。
Claims (8)
1.一种用于临床脑功能定位的多位点钨丝微电极，其特征在于，所述多位点钨丝微电极由内到外依次包括钨丝、钨丝绝缘层、钨丝外接柔性绝缘基底层、金属导电层、以及导电层上方的绝缘层，金属导电层包括用于检测神经电生理信号和神经电化学信号的检测位点，对电极、参比电极、导线和焊盘；检测位点，对电极和参比电极与焊盘通过导线连接。
2.根据权利要求1所述的多位点钨丝微电极，其特征在于，所述钨丝，尖端为圆锥体，长3mm，角度为30°。
3.根据权利要求1所述的多位点钨丝微电极，其特征在于，钨丝绝缘层材料为聚对二甲苯，厚2μm。
4.根据权利要求1所述的多位点钨丝微电极，其特征在于，所述绝缘基底层材料包括聚对二甲苯、聚酰亚胺或硅橡脂。
5.根据权利要求1所述的多位点钨丝微电极，其特征在于，检测位点直径为20μm，其中电生理检测位点修饰纳米材料，电化学检测位点修饰纳米材料和聚合物抗干扰离子膜。
6.根据权利要求1所述的多位点钨丝微电极，其特征在于，所述金属导电层上方的绝缘层仅保留检测位点、对电极、参比电极和焊盘裸露在外。
7.一种权利要求1-6任一项所述的多位点钨丝微电极的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
操作S1：选择钨丝，在碱性腐蚀液中采用计时电流法电化学腐蚀钨丝尖端，将尖端腐蚀成为角度为30°的圆锥体；
操作S2：在钨丝表面沉积厚度2μm的聚对二甲苯作为绝缘层，暴露钨丝尖端，暴露面积小于30μm2，使钨丝尖端作为检测位点能实现细胞水平的检测，得到绝缘后的钨丝；
操作S3：在硅片表面沉积绝缘柔性材料作为基底层，其中，所述绝缘柔性材料包括聚对二甲苯、聚酰亚胺或硅橡脂；
操作S4：在基底层上进行第一次光刻，随后在基底层上方溅射种子层和导电层图形，之后采用剥离技术去除导电层图形中检测位点、参比电极、对电极、引线和焊盘图形外的多余金属，形成导电层；
操作S5：在导电层上方沉积绝缘柔性材料作为绝缘层，进行第二次光刻，通过氧等离子体刻蚀的方法暴露检测位点、对电极、参比电极和焊盘位置；
操作S6：进行第三次光刻，形成电极的图形，使用氧等离子体刻蚀的方法刻蚀除电极图形外的其他基底层；
操作S7：将柔性电极沿长边环绕在步骤S2得到的绝缘后的钨丝，采用环氧树脂胶将柔性电极与钨丝贴合，所得即为多位点钨丝微电极。
8.一种如权利要求1至7任一项所述的多位点钨丝微电极的使用方法，其特征在于，包括将所述多位点钨丝微电极植入人脑丘脑底核(subthalamicnucleus，STN)将其作为目标靶点；通过所述检测位点接受人脑丘脑网状核(reticularthalamicnucleus,Rt)、不确定带(zona incerta,ZI)和丘脑底核(subthalamicnucleus,STN)，以及STN下方黑质(substantianigra,SN)的所述神经电生理信号和电化学信号。
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| CN202310394130.7A Pending CN116473564A (zh) | 2023-04-13 | 2023-04-13 | 一种用于临床脑功能定位的多位点钨丝微电极 |
Country Status (1)
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|---|---|
| CN (1) | CN116473564A (zh) |
-
2023
- 2023-04-13 CN CN202310394130.7A patent/CN116473564A/zh active Pending
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