CN205379305U - 一种带双侧给药管的多通道电极 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种结构简单紧凑、操作简便灵活、药物可直接、快速投递于记录部位的带双侧给药管的多通道电极，包括基座，基座内设置有若干通孔用于插入地线、参考电极和电极丝使得地线、参考电极和电极丝连接至电路板的线路上，地线、参考电极和电极丝与通孔一一对应；并将给药管附着在基座上。本实用新型解决现有技术中在对某核团给予药理学处理，并进行神经元放电活动记录过程中所存在的弊端，比如侧脑室给药的不特异性、进口带给药管的多通道电极阵列价格昂贵且不能重复利用等问题。

Description

一种带双侧给药管的多通道电极

技术领域

本实用新型属于医疗器械领域，涉及一种多通道电极，特别是涉及一种能够在皮层给予给药处理并记录电信号的带双侧给药管的多通道电极。

背景技术

外界事物信息在脑内是如何编码和传输的，一直是脑科学研究中一个非常有挑战性而意义重大的课题。而要探索行为的神经机理，必须要记录清醒自由活动动物的神经元放电活动。传统的单通道电极由于一次记录的神经元个数少且动物处于麻醉状态，行为被限制的缺点，逐渐被多通道电生理所替代。

多通道记录的优点有：（1）记录的神经元数量多，跨脑区；（2）在清醒的、自由活动的动物身上进行记录，结论可信；（3）具有较高的时间（ms）和空间（um）分辨率；（4）可以长期记录，数周乃至数月；（5）记录到的是神经元的单位放电，而不是神经元群的复合电位。然而为了更好的研究某一核团的作用，往往要结合药理学方法，这就需要多通道电极阵列与给药管相结合。

传统的神经系统给药主要是侧脑室给药，但也存在很多弊端，比如最显著的缺陷就是缺乏特异性。比较理想的方式就是某脑区或核团的局部给药，但往往由于记录目标体积很小，给药管与电极太近会对神经元电活动的记录产生影响，尤其是传统的金属给药管，会产生很大的背景噪音。进口的带给药管的多通道电极做工复杂，价格昂贵且不能重复利用。国内尚没有这种电极。

发明内容

为了满足现有技术中在对某核团给予药理学处理，并避免记录神经元放电活动过程中出现的弊端，比如侧脑室给药的不特异性、进口带给药管的多通道电极阵列价格昂贵且不能重复利用等，本实用新型公开了一种结构简单紧凑、操作简便灵活、药物可直接、快速投递于记录部位的带双侧给药管的多通道电极，尤其适合研究大鼠双侧前扣带皮层神经元。本发明思路也可推广应用于其它小动物的脑研究实验中。

本实用新型是通过如下技术方案是这样实现的：

一种带双侧给药管的多通道电极，包括：

地线；

参考电极；

电极丝，用于从受体部位获取电生理型号或传递电信号至受体部位；

基座，基座内设置有若干通孔用于插入地线、参考电极和电极丝使得地线、参考电极和电极丝连接至电路板的线路上，地线、参考电极和电极丝与通孔一一对应；

给药管，附着在基座上，用于向受体施加药物。

传统的给药管的材质多为金属或无绝缘涂层的脆质玻璃，但金属给药管在记录神经元放电的动作电位和场电位背景噪音很大，SNR<3，信号往往淹没于背景噪音中无法辨识等问题；表面无绝缘层且质地较脆的玻璃给药管，采集到的动作电位和场电位背景噪音较小，但由于玻璃管太脆，不利于插入堵丝及长时间记录；而本实用新型的给药管是由内层的玻璃纤维管和涂敷在玻璃纤维管外表面上的绝缘层复合而成的，玻璃纤维所述给药管的内径为0.28-0.32mm，外径为0.38-0.42mm，不会对神经元产生冲击性的影响。便于给药前后记录进行对比。

优选地，所述基座上的通道形成阵列，所述阵列从2×8到N×M，N为大于2的整数，M为大于8的整数。

优选地，在所述地线、参考电极、电极丝的外侧分别包裹绝缘管，所述参考电极和电极丝的两端裸露于所述绝缘管外，所述地线与通孔和电路板连接一端裸露在绝缘管外。

为了便于更精小部位的检测，在所述基座上方设有用于汇集参考电极和电极丝的电极套管，当然电极套管还能起到固定电极的作用，所述参考电极和电极丝接触受体部位的一端裸露于电极套管外。

作为一种优选实施方式，所述基座内设有2×10个通孔，中间的16个通孔内分别插接电极丝，地线和参考电极分别插入两端的2个通孔内；在基座同一侧面上对称附着有两个给药管，给药管和电极丝的接触受体部位的一端平齐，给药管的进药端要超出基座的下端面，并在给药管的进药端插有堵丝，需要给药时，轻微拔出堵丝，给药结束后再将堵丝插上；较佳地，裸露于电极套管外的16个电极丝以2×8的阵列形式分布，每排中的第四、五个电极丝的间距为1.2-2mm，其他同排相邻两个电极丝之间的距离为250-350μm，相邻两排电极丝之间的垂直距离为0.3-0.7mm，给药管与紧邻一排电极丝裸露端的垂直距离为1.5-2.0mm。该结构形式的多通道电极非常适合研究大鼠双侧前扣带皮层神经元放电的记录、给药，当然根据所研究神经元的不同，可以将神经元设计成不同形式。

优选地，所述电极套管的材质为固体聚乙二醇，当然也可以是其他性质相似特性的一类物质，即：能遇水即溶，遇热即熔的无刺激性物质，往脑区下电极丝的时候边下边溶，可以保证电极丝的韧性和直度，更利于插入脑区。

为了避免外界环境的干扰，所述多通道电极上还包括绝缘胶，用于将基座和给药管的下部分封装起来，给药管的下端面裸露于绝缘胶外。

为了更方便、更精确的向受体输送药物，本实用新型的多通道电极还包括由中空给药导管、软管和微量注射器构成的给药装置，中空给药导管与给药管连通。

本实用新型与现有技术相比具有如下优点：

1）本实用新型将记录、给药两种功能集于同一装置，使该装置结构简单紧凑、操作简便灵活，不仅减少了装置占用空间，方便了操作者的实验研究，可进行多次给药，长时间记录，同时也降低了研究成本；

2）本实用新型的给药管，在需要给药时，轻微拔出堵丝，插入中空给药导管，保证了药物快速、直接、准确到达记录部位，给药后5-10分钟，即观察到药物反应，给药量大大减少，大约为侧脑室给药量不到的1/10，提高了实验研究的精度，重复性显著优于常规方法；

3）经研究实验显示：采用金属给药管记录到的大鼠前扣带皮层吻侧部神经元放电的动作电位和场电位背景噪音很大，SNR<3，信号往往淹没于背景噪音中无法辨识，将地线缠绕于金属给药管也未能明显改善；

4）经研究显示：采用表面无绝缘层且质地较脆的玻璃给药管，采集到的动作电位和场电位背景噪音较小，但由于玻璃管太脆，不利于插入堵丝及长时间记录；

5）本实用新型中所用的给药管是由内层的玻璃纤维管和涂敷在玻璃纤维管外表面上的绝缘层复合而成的，可清晰记录到脑神经元发放的动作电位和场电位，波形较好、背景噪音较小，SNR＞3，而且该玻璃管柔韧性较好，便于插入堵丝，长时间记录也未破损；

6）经实验研究显示：脑组织微量给药不会对神经元产生冲击性的影响，便于给药前后记录进行对比。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例的内部结构示意图。

图2为本实用新型实施例的主视图。

图3为本实用新型实施例的后视图。

图4为本实用新型实施例中给药管插入堵丝的结构示意图。

图5为本实用新型实施例中给药管与给药装置连通时的结构示意图。

图6为本实用新型实施例中基座上通孔的分布示意图。

图7为本实用新型实施例中电极套管及套管中电极丝和参考电极部分的俯视图。

图8a为本实用新型实施例中给药管用金属给药管测得多通道电极测得单个神经元发放的动作电位和场电位。

图8b为本实用新型实施例中给药管用玻璃给药管测得多通道电极测得单个神经元发放的动作电位和场电位。

图8c为本实用新型实施例中给药管用涂覆有绝缘层的玻璃纤维给药管测得多通道电极测得单个神经元发放的动作电位和场电位。

图中：1.基座，2.电路板，3.地线，4.电极丝，5.参考电极，6.电极套管，7.给药管，8.堵丝，9.给药导管，10.PE软管，11.微量注射器。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

如图1-7及8a、8b、8c所示的用于研究大鼠双侧前扣带皮层吻侧部在给要处理前后神经元放电活动变化的带双侧给药管的多通道电极，包括地线、参考电极、电极丝、基座和给药管，地线、参考电极、电极丝的外侧分别包裹绝缘管，参考电极和电极丝的两端裸露于所述绝缘管外，地线与通孔和电路板连接一端裸露在绝缘管外，基座内设置有2×10阵列形式的通孔，2个地线、16个电极丝和2个参考电极分布于基板左端的2个通孔、中间的16个通孔和右端的2个通孔内，分别置于两端的2个通孔内，并连接至电路板的线路上；基座上方设有用于汇集、固定参考电极和电极丝的由固体聚乙二醇制成的电极套管，所述参考电极和电极丝接触受体部位的一端裸露于电极套管外，裸露于电极套管外的16个电极丝以2×8的阵列形式分布，每排中的第四、五个电极丝的间距为1.2mm，其他同排相邻两个电极丝之间的距离为300μm，相邻两排电极丝之间的垂直距离为0.5mm；在基座同一侧面上对称附着有两个给药管，给药管和电极丝的接触受体部位的一端平齐，给药管的进药端要超出基座的下端面，给药管与紧邻一排电极丝裸露端的垂直距离为1.8mm，在给药管进药端处插有堵丝，在需要给药时，轻微拔出堵丝，将连接有PE软管和微量注射器的给药导管插入给药管，用微量注射泵以1um/s的速度将1uL的药物注射至目标脑区，注射结束后给药导管在给药管内停留3-5min；其中给药管是由内层的玻璃纤维管和涂敷在玻璃纤维管外表面上的绝缘层复合而成的，玻璃纤维所述给药管的内径为0.32mm，外径为0.4mm；为了避免外界环境的干扰，将基座和给药管的下部分封装起来，给药管的下端面裸露于绝缘胶外。

为了更全面的验证本实施例的效果，还将本实施例中的给药管分别用金属给药管和表面无绝缘层且质地较脆的玻璃给药管进行对照，采用如下方法：

雄性200-300gSD大鼠，1%戊巴比妥钠腹腔麻醉(0.5ml/100g)，维持体温于37-38℃。在三维脑立体定位仪上固定大鼠头部，暴露颅骨，以前囟点(Bregma)为基准，向前0.5-4.0mm，左右旁开0.5-2.0mm，用颅骨钻打磨两块区域，并在前后颅中间的两块颅骨上钻两个孔，用于钻入颅钉起固定作用。打磨好后去掉硬脑膜和软脑膜。将电极连好，用电子微推器将带给药管的电极以1um/s的速度下至目标位置。将地线绕至颅钉上。再用牙科水泥将给药管连同电极固定于大鼠头部。打开神经信号记录系统，对神经元放电信号进行采集。结果如下所示：

（1）采用金属给药管记录到的大鼠前扣带皮层吻侧部神经元放电的动作电位和场电位背景噪音很大，如图8a背景噪音区域，SNR<3，信号往往淹没于背景噪音中无法辨识，将地线缠绕于金属给药管也未能明显改善；

（2）采用表面无绝缘层且质地较脆的玻璃给药管，可清晰记录到前扣带皮层吻侧部神经元发放的动作电位和场电位，波形较好、背景噪音较小，如图8b中背景噪音区域，SNR＞3，但由于玻璃管太脆，不利于插入堵丝及长时间记录；

（3）采用本实施例中的给药管，可清晰记录到前扣带皮层吻侧部神经元发放的动作电位和场电位，波形较好、背景噪音较小，如图8c背景噪音区域，SNR＞3，而且本实施中给药管的柔韧性较好，便于插入堵丝，长时间记录也未破损；

（4）采用本实用新型可成功将药物注射至目标核团。且注射时产生的压力不会对神经元产生很大的冲击力，可稳定记录到给药后神经元放电活动变化，便于前后比较；

（5）采用本实用新型观察在CFA诱导的炎性疼痛大叔模型上，用DAMGO（μ-阿片受体激动剂）激活前扣带皮层吻侧部神经元μ-阿片受体，神经元放电活动的变化。结果显示，给药后rACC神经元的放电活动减弱，说明药物发挥作用，即激活rACC神经元μ受体可以缓解痛情绪。

以上实验结果充分显示了本实用新型在记录大鼠前扣带皮层吻侧部神经元在给药处理前后发放的动作电位和场电位的便捷性和可靠性，为今后利用该装置进行动物脑的高级认知功能活动的电生理学和药理学测定奠定了重要基础。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种带双侧给药管的多通道电极，其特征在于包括：

地线；

参考电极；

电极丝，用于从受体部位获取电生理型号或传递电信号至受体部位；

基座，基座内设置有若干通孔用于插接地线、参考电极和电极丝使得地线、参考电极和电极丝连接至电路板的线路上，地线、参考电极和电极丝与通孔一一对应；

给药管，附着在基座上，用于向受体施加药物。

2.如权利要求1所述的多通道电极，其特征在于：所述给药管是由内层的玻璃纤维管和涂敷在玻璃纤维管外表面上的绝缘层复合而成的，玻璃纤维所述给药管的内径为0.28-0.32mm，外径为0.38-0.42mm。

3.如权利要求2所述的多通道电极，其特征在于：所述基座上的通道形成阵列，所述阵列从2×8到N×M，N为大于2的整数，M为大于8的整数。

4.如权利要求3所述的多通道电极，其特征在于：在所述地线、参考电极、电极丝的外侧分别包裹绝缘管，所述参考电极和电极丝的两端裸露于所述绝缘管外，所述地线与通孔和电路板连接一端裸露在绝缘管外。

5.如权利要求4所述的多通道电极，其特征在于：在所述基座上方设有用于汇集参考电极和电极丝的电极套管，所述参考电极和电极丝接触受体部位的一端裸露于电极套管外。

6.如权利要求5所述的多通道电极，其特征在于：所述基座内设有2×10个通孔，中间的16个通孔内分别插接电极丝，地线和参考电极分别插入两端的2个通孔内；在基座同一侧面上对称附着有两个给药管，给药管和电极丝的接触受体部位的一端平齐，给药管的进药端要超出基座的下端面，并在给药管的进药端插有堵丝。

7.如权利要求6所述的多通道电极，其特征在于：裸露于电极套管外的16个电极丝以2×8的阵列形式分布，每排中的第四、五个电极丝的间距为1.2-2mm，其他同排相邻两个电极丝之间的距离为250-350μm，相邻两排电极丝之间的垂直距离为0.3-0.7mm，给药管与紧邻一排电极丝裸露端的垂直距离为1.5-2.0mm。

8.如权利要求5所述的多通道电极，其特征在于：所述电极套管的材质为固体聚乙二醇。

9.如权利要求1-8中任一所述的多通道电极，其特征在于：还包括绝缘胶，用于将基座和给药管的下部分封装起来，给药管的进药端裸露于绝缘胶外。

10.如权利要求9所述的多通道电极，其特征在于：还包括由中空给药导管、软管和微量注射器构成的给药装置，中空给药导管与给药管连通。