CN117297757B - 一种多通道的球囊电极及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种多通道的球囊电极及其制备方法和应用。该球囊电极的制备方法包括以下步骤：将热塑性聚氨酯橡胶制备成球囊，球囊的两端采用热熔胶封闭；将图案化处理后的掩膜版共形贴附于球囊的外表面上；采用真空磁控溅射沉积或蒸镀，在球囊上沉积多通道导电电极；将多通道导电电极进行封装。本发明制备的球囊电极解决了现有技术中球囊电极制备方法复杂、电极功能性极少、电极精度较差、电极稳定性较差和可扩展性较低等问题，适用于大规模生产。该球囊电极可用于标测和电刺激，在医学领域具有潜在的应用价值。
Description
技术领域
本发明涉及球囊电极技术领域，尤其涉及一种多通道的球囊电极及其制备方法和应用。
背景技术
球囊电极作为一种用于神经刺激和记录的工具，在生物医学研究和临床实践中得到了广泛的应用，包括神经科学、心脏病学、肌肉病学等领域，因此对其性能和技术需要不断进行改进和创新。在神经学领域，球囊电极主要用于神经信号的记录和刺激，帮助研究人员深入了解神经系统的结构和功能，以及开发出更加有效的神经治疗方法。在术中监测方面，球囊电极可以用于术中监测神经功能，例如在手术中监测神经元活动和传导速度，以帮助外科医生避免损伤神经组织。在脑部手术中，球囊电极可以用于监测局部脑电活动，帮助确定手术区域和预测术后神经功能恢复情况。在电生理监测领域，球囊电极还可以用于监测病人的电生理指标，例如心脏节律、肌肉活动和呼吸功能等。这对于手术中监测病人的生理状态和调整麻醉药剂量等方面非常有帮助。
尽管球囊电极在神经科学研究和临床应用中具有很大的潜力，但目前仍存在一些问题和挑战。例如，具有多通道电极的球囊制备方法复杂且成本较高，无法根据实际需求进行制备。其次，球囊电极的电极位置精度对于研究和治疗效果非常关键。目前，仍然存在一些难以解决的问题，例如如何保证球囊电极的位置准确、如何避免移位等。另外一个问题是稳定性，球囊电极在长期使用过程中，由于与组织的摩擦力和其他因素，可能会出现电极松动或脱落的情况，从而影响记录或刺激效果。此外，可扩展性方面也存在一定问题，目前球囊电极的设计多数是针对特定领域的需求而进行的，例如脑电图记录和神经刺激等。但是，在不同的领域中，球囊电极的需求和设计也会有所不同，因此如何满足这些不同的需求，是球囊电极面临的另一个挑战。
发明内容
本发明所要解决的技术问题：本发明针对球囊电极制备方法复杂、电极精度较差、电极稳定性较差和可扩展性有待提高等问题，提供了一种多通道的球囊电极及其制备方法和应用。本发明通过柔性掩膜版转印、磁控溅射等技术制备多通道的球囊电极，对于术中标测，尤其是具有潜在的应用意义和价值。
本发明的技术方案如下：
一方面，本发明提供一种多通道的球囊电极的制备方法，包括以下步骤：
（1）将热塑性聚氨酯橡胶（TPU）制备成球囊，所述球囊的两端采用热熔胶封闭；
（2）将图案化处理后的掩膜版共形贴附于所述球囊的外表面上；
（3）采用真空磁控溅射沉积或蒸镀，在步骤（2）得到的球囊上沉积多通道导电电极；
（4）将所述多通道导电电极进行封装。
在本发明的技术方案中，所述多通道的通道数为1~100个，优选为2~50个。
作为优选地实施方式，步骤（1）中，所述球囊的壁厚为500 nm~200 µm；
优选地，所述将热塑性聚氨酯橡胶（TPU）制备成球囊的方法为热熔融法；
优选地，所述球囊的两端采用热熔胶封闭后，内部为充盈状态；
在本发明的技术方案中，所述球囊的大小根据应用场景订制；采用热熔胶封闭球囊的两端，可以使球囊内部充满气体，且防止气体泄露，从而保证后续掩膜版贴附的共形性和准确性。
作为优选地实施方式，步骤（2）中，所述掩膜版由高粘附的柔性材料制成，例如聚酰亚胺；在本发明的技术方案中，采用高粘附的柔性材料制备的掩膜版具有柔软、高粘附、易去除的特点，与TPU材料具有很好的贴附性，且易于加工处理；
优选地，所述掩膜版的厚度为1 µm~1000 µm，大小根据应用场景订制。
优选地，所述图案化处理采用紫外激光或红外激光进行处理；在本发明的技术方案中，紫外激光或红外激光的精度要保证图案化的准确性和精准度。
作为优选地实施方式，所述多通道导电电极的材料选自金、铂和铱中的至少一种；在本发明的技术方案中，金、铂、铱具有良好生物相容性；
在某些具体的实施方式中，对于真空磁控溅射沉积法，采用金靶材、铂靶材、铱靶材进行沉积电极；对于蒸镀法采用金颗粒、铂颗粒、铱颗粒沉积电极；
优选地，所述沉积为均匀沉积；在某些具体的实施方式中，球囊在沉积过程中匀速旋转，能够保证沉积的完整性和均匀性；
优选地，所述多通道导电电极的厚度为100 nm~1000 nm；
优选地，所述多通道导电电极的宽度为10 µm~5000 µm；
在本发明的技术方案中，多通道导电电极的具体厚度和宽度根据应用场景订制。
作为优选地实施方式，步骤（4）中，所述封装采用聚合物材料进行封装；所述封装的厚度为1~1000 nm；封装可以避免电极使用时的漏电风险；
优选地，所述聚合物材料为粘附性的聚合物材料，例如SEBS。
又一方面，本发明提供上述制备方法得到的多通道的球囊电极。
又一方面，本发明提供上述所述多通道的球囊电极在标测和电刺激中的用途。
与已有技术相比，本发明具有如下有益效果：
（1）本发明通过掩膜版转印、磁控溅射等方法制备多通道的球囊电极，充分发挥了多种材料和方法的优点，实现了多功能、多通道球囊电极的制备。
（2）本发明提供的制备方法流程简单，从原料上降低了成本。该制备方法解决了现有技术中球囊电极制备方法复杂、电极功能性极少、电极精度较差、电极稳定性较差和可扩展性较低等问题，适用于大规模生产。
（3）本发明提供的的多通道的球囊电极可用于标测和电刺激，在医学领域具有潜在的应用价值。
附图说明
图1是本发明实施例1中制备的柔性聚酰亚胺掩膜版的结构示意图。
图2是本发明实施例1中制备的图案化多通道球囊电极的实物图。
图3是本发明实施例2中制备的图案化多通道球囊电极的结构示意图
图4是本发明实施例2中制备的图案化多通道球囊电极的实物图。
图5是本发明实施例1中制备的10个球囊电极样品摩擦前后的平均电阻值统计图。
图6是本发明实施例1中制备的球囊电极的拉伸-电阻曲线图。
图7是本发明实施例1中制备的球囊电极的阻抗图。
图8是本发明实施例1中制备的球囊电极监测大鼠胫神经在不同强度刺激电流下的神经电信号图。
图9是本发明实施例1中制备的球囊电极监测的人体体表肌电信号图。
具体实施方式
下述实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。因此，以下提供的本发明实施例中的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。
在本发明中，若非特指，所有的设备和原料等均可从市场购得或是本行业常用的。下述实施例中的方法，如无特别说明，均为本领域的常规方法。
实施例1：
本实施例提供一种带接口的图案化四通道球囊电极，制备过程包括以下步骤：
（1）采用热熔融法将热塑性聚氨酯橡胶（TPU）制备成球囊结构，然后用热熔胶封闭球囊的两端，保证球囊内部气体的充盈状态；球囊的壁厚为200 μm；
（2）采用紫外激光切割制备图案化的柔性聚酰亚胺掩膜版，结构如图1所示，其厚度为30 μm；
（3）将图案化的聚酰亚胺掩膜版共形贴附于球囊的外表面上；
（4）将贴附有掩膜版的球囊匀速旋转，然后采用真空磁控溅射沉积（氩气氛围，气压为3×10-3 Pa）在球囊表面沉积多通道金电极；电极的厚度为150 nm，电极宽度为1.2 mm，电极接口的宽度为0.6 mm，通道数为4；
（5）采用SEBS对电极进行封装，封装层的厚度为100 nm。
本实施例制备的四通道球囊电极的实物图如图2所示。
取本实施例制备的球囊电极样品10个测试其平均电阻，然后将丁腈手套包括500g砝码在球囊电极上摩擦100次，测试其平均电阻。测试结果见图5，从图5可以看出，本实施例制备的球囊电极样品电阻较低，导电性良好，同时摩擦实验证明了球囊电极的稳定性和耐摩擦性。
对本实施例制备的球囊电极进行拉伸-电阻测试，测试结果见图6。从图6可以看出，该球囊电极具有优异的可拉伸性和拉伸导电性。
对本实施例制备的球囊电极进行阻抗测试，测试结果见图7。从图7中可以看出，球囊电极在1000 Hz以下具有良好的电学性能，这种优异的电学性能适合不同频率的生理电信号采集。
对本实施例制备的球囊电极进行大鼠体内胫神经信号采集测试，测试结果见图8。从图8可以看出，采用不同强度的微电流刺激大鼠胫神经进行对比实验，均可以采集到诱发神经信号。
对本实施例制备的球囊电极进行人体体表肌电信号采集测试，测试结果见图9。从图9可以看出，本实施例制备的球囊电极具有采集人体体表肌电信号的能力。
实施例2：
本实施例提供一种不带接口的图案化四通道球囊电极，制备方法包括以下步骤：
（1）采用热熔融法将热塑性聚氨酯橡胶（TPU）制备成球囊结构，然后用热熔胶封闭球囊的两端，保证球囊内部气体的充盈状态；球囊的壁厚为200 μm；
（2）采用紫外激光切割制备图案化的柔性聚酰亚胺掩膜版，其厚度为30 μm；
（3）将图案化的聚酰亚胺掩膜版共形贴附于球囊的外表面上；
（4）将贴附有掩膜版的球囊匀速旋转，然后采用真空磁控溅射沉积（氩气氛围，气压为3×10-3 Pa）在球囊表面沉积多通道金电极；电极的厚度为150 nm，宽度为1 mm，通道数为4；
（5）采用SEBS对电极进行封装，封装层的厚度为100 nm。
本实施例制备的球囊电极的结构图以及实物图见图3-4。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (7)
1.一种多通道的球囊电极的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）将热塑性聚氨酯橡胶制备成球囊，所述球囊的两端采用热熔胶封闭；
（2）将图案化处理后的掩膜版共形贴附于所述球囊的外表面上；
（3）采用真空磁控溅射沉积或蒸镀，在步骤（2）得到的球囊上沉积多通道导电电极；
（4）将所述多通道导电电极进行封装；
步骤（1）中，所述球囊的壁厚为500 nm~200 µm；所述球囊的两端采用热熔胶封闭后，内部为充盈状态；
步骤（2）中，所述掩膜版由高粘附的柔性材料制成；
步骤（3）中，所述多通道导电电极的材料选自金、铂和铱中的至少一种；所述多通道导电电极的厚度为100 nm~1000 nm；所述多通道导电电极的宽度为10 µm~5000 µm；
步骤（4）中，所述封装采用聚合物材料进行封装；所述封装的厚度为1~1000 nm；所述聚合物材料为粘附性的聚合物材料。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（1）中，所述将热塑性聚氨酯橡胶制备成球囊的方法为热熔融法。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（2）中，所述掩膜版的厚度为1 µm~1000 µm。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（2）中，所述图案化处理采用紫外激光或红外激光进行处理。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（3）中，所述沉积为均匀沉积。
6.一种多通道的球囊电极，其特征在于，由权利要求1-5任一所述的制备方法制备得到。
7.如权利要求6所述的多通道的球囊电极在制备标测和电刺激器件中的用途。
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