CN217338596U - 一种新型微针基底结构 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种新型微针基底结构，所述新型微针基底结构应用于神经接口，所述神经接口包括基底结构和微针结构；所述基底结构表面形成有狭缝，至少一个所述微针结构组装于所述基底结构上，在所述基底结构上，所述狭缝和所述微针结构不相互干涉，所述微针结构的前端具有至少一个体电极点，所述体电极点通过导线引出并与后端的信号处理电路连接。本申请解决了柔性微针采集脑电信号有限、刚性微针容易造成脑组织损伤的问题，实现了安全，全面采集脑电信号的功能。

Description

一种新型微针基底结构

技术领域

本申请涉及脑机接口领域，特别涉及一种新型微针基底结构。

背景技术

神经工程已逐渐成为一门新兴科学及领域，神经工程系将生物医学工程技术与方法相结合，借由神经细胞再生与组织特性评估及神经与电子设备间接口等方法的研究而发展。其中，脑机接口为神经工程的主要实现方式，脑机接口指在人或动物大脑与外部设备之间创建的直接连接，实现脑与设备的信息交换。脑机接口，有时也称作“大脑端口”或者“脑机融合感知”，它是在人或动物脑(或者脑细胞的培养物)与外部设备间建立的直接连接通路。在单向脑机接口的情况下，计算机或者接受脑传来的命令，或者发送信号到脑(例如视频重建)，但不能同时发送和接收信号。而双向脑机接口允许脑和外部设备间的双向信息交换。对脑机接口的研究已持续了超过40年了，迄今人类已经能够修复或者正在尝试修复的感觉功能包括听觉、视觉和前庭感觉。

在脑机接口中，改进的信号记录主要归功于微针电极，肉眼看不见，它穿透皮肤的最外层用于采集神经信号，其主要功能为采集人体的神经动作和感觉电位信号，其通常通过导线与用于读出神经信号的读出电路芯片有线连接，从而实现传输数据，现有的脑机接口微针阵列多为柔性贴片式和刚性微针阵列，其中，柔性贴片式微针基座柔性贴合于脑软膜上，保证针体与脑软膜表面接触，但由于柔性贴片刺入脑软膜的深度有限，导致采集信息有限，仅能采集脑软膜表面信号，无法深入脑组织内部采集脑电信号；刚性微针阵列虽然能够深入脑组织采集脑电信号，但由于刚性微针的刚性特征，极其容易造成脑组织损伤。

发明内容

本申请的目的是提供一种新型微针基底结构，解决了柔性微针采集脑电信号有限、刚性微针容易造成脑组织损伤的问题，实现了安全，全面采集脑电信号。

为了实现本申请的这些目的和其它优点，提供了一种新型微针基底结构，所述新型微针基底结构应用于神经接口，所述神经接口包括基底结构和微针结构；其中，所述基底结构表面形成有狭缝，至少一个所述微针结构组装于所述基底结构上，所述狭缝和所述微针结构不相互干涉。

进一步地，基底结构表面包括至少一个狭缝；当狭缝的数量大于或等于两个时，多个狭缝沿着一个方向延伸且呈错位排布。

进一步地，在延伸方向的垂直方向上，相邻的狭缝投影有部分重叠。

进一步地，所述狭缝为直线型狭缝、锯齿形狭缝或波浪形狭缝。

进一步地，所述基底结构表面还包括至少一个组装微针结构的凹槽，当狭缝和凹槽数量为多个时，所述凹槽均沿着一个方向延伸且呈错位排布。

进一步地，所述基底结构的形成材料包括硅、聚酰亚胺、PDMS或细菌纤维素。

进一步地，所述基底结构的横截面为方形、圆形、梯形或不规则形状。

进一步地，所述微针结构的前端具有至少一个体电极点，所述体电极点通过导线引出，并与后端的信号处理电路连接，所述微针结构的尾部组装于所述基底结构上。

进一步地，若干所述微针结构呈阵列状垂直组装于所述基底结构上，或，若干所述微针结构呈阵列状倾斜组装于所述基底结构上。

进一步地，所述微针结构上涂覆有生物可降解薄膜，所述生物可降解薄膜用于平衡所述微针结构不同区域的应力。

本申请至少包括以下有益效果：

1)结构简单、适应性强

新型微针基底结构带有狭缝，使得整个基底具有一定的柔性，贴附在大脑皮层上，保证了高贴合度，便于深入采集脑电信号

2)减少植入性损伤

微针结构可提高微针阵列的长期植入稳定性和减少植入性损伤，微针上的多体电极点增加脑电信号的精确度。

3)提高检测精度

微针结构的前端具有多个体电极点，多电极采集信号，增加脑电信号检测的精确度。

本申请的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本申请的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。

附图说明

图1为本申请实施例1中新型微针基底结构的示意图。

图2为本申请实施例2中新型微针基底结构的结构示意图。

图3为本申请实施例2中微针结构的示意图。

图4为本申请实施例3中微针结构阵列倾斜于基底结构的示意图。

附图标记说明：1基底结构，2凹槽，3直线型狭缝，4体电极点，5导线，6微针结构。

具体实施方式

下面结合附图对本申请做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

以下描述用于揭露本申请以使本领域技术人员能够实现本申请。以下描述中的优选实施例只作为举例，本领域技术人员可以想到其他显而易见的变形。在以下描述中界定的本申请的基本原理可以应用于其他实施方案、变形方案、改进方案、等同方案以及没有背离本申请的精神和范围的其他技术方案。

本领域技术人员应理解的是，在本申请的揭露中，术语“纵向”、“横向”、“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是基于附图所示的方位或位置关系，其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，因此上述术语不能理解为对本申请的限制。

可以理解的是，术语“一”应理解为“至少一”或“一个或多个”，即在一个实施例中，一个元件的数量可以为一个，而在另外的实施例中，该元件的数量可以为多个，术语“一”不能理解为对数量的限制。

实施例1

本申请实施例1提供了一种新型微针基底结构，如图1所示，包括基底结构和微针结构，所述基底结构可采用纳米硅制作而成，具有较好的形变适应能力，能贴附在大脑皮层上，基底结构的厚度可根据实际应用的需求在实际可操作范围内调整，在本实施例1中基底结构为长方体结构，为了更好地利于微针结构深入采集脑电信号，在方形基底结构上形成有多条直线型狭缝，如图1所示，多条直线型狭缝沿一个方向(如X轴方向)延伸且呈错位排布，所述直线型狭缝宽度为3μm，在延伸方向的垂直方向上(如Y轴方向)，相邻的狭缝投影有部分重叠，保证直线型狭缝沿一个方向交错设置，使直线型狭缝在基底结构上均匀分布，保证基底结构的每一处都能较好的适应大脑皮层的形状。其中，延伸方向指的是直线型狭缝延展的方向。

基底结构表面还包括多个凹槽，该凹槽和直线型狭缝一样，均沿着一个方向(如X轴方向)延伸且呈错位排布，在本实施例1中，凹槽和直线型狭缝在每一行交错布置，凹槽用于组装微针结构的尾部，所述微针结构的前端具有多个体电极点，所述微针结构的后端未设置体电极点，体电极点由金属材料制作而成，通过焊接的形式固定于所述微针结构的前端，所述体电极点通过导线引出，各个导线之间相互错位设置，避免相互干涉，并与后端的信号处理电路连接，将采集的脑电信号传输给信号处理电路作相关信号处理，信号处理电路为现有技术未作改进，不再赘述，所述微针结构的尾部垂直组装于所述基底结构上。

基底结构上的直线型狭缝制作的具体工艺为：

首先图案化，在基板上形成狭缝掩模图案，所述掩模图案包括与所述结构特征相对应的特征图形；然后曝光，将狭缝掩模图案转移到光刻胶上，最后是选择性刻蚀，将未被光刻胶保护的区域刻蚀掉，有光刻胶层覆盖的区域不被刻蚀。刻蚀采用的刻蚀液包括所述水溶性酸包括强酸和弱酸以及弱酸，其中强酸为硝酸或硫酸，其中所述弱酸为磷酸。采用强酸与弱酸搭配，可减缓反应速度，避免蚀刻速度过快影响硅基表面结构。

在实际应用场景下，由于狭缝的大小会存在差异，微针结构各个区域的应力大小并不完全相同，在实际使用中，在相同的作用力下，应力较大的区域可能不会发生形变，微针结构的柔性度较差，应力较小的区域有可能形变过度而断裂，为了避免前述情况，在优选的实施例中，所述微结构上涂覆有生物可降解薄膜，所述生物可降解薄膜用于平衡所述微针结构不同区域的应力，以使微针结构各个区域的应力大小基本相同。其中，生物可降解薄膜可涂覆在微针结构的整个表面(包括狭缝处)，生物可降解薄膜也可仅涂覆在狭缝之外的地方。

在本实施例中，可根据狭缝之间的单个区域的面积大小来确定其应力大小，根据各个区域的应力大小差异性涂覆生物可降解薄膜，具体而言，单个区域的面积越大，对应的应力较大，涂覆的生物可降解薄膜越薄；单个区域的面积越小，对应的应力较小，涂覆的生物可降解薄膜越薄越厚。其中，可以通过热熔涂覆工艺来涂覆生物可降解薄膜。

其中，生物可降解薄膜包括生物可降解的聚酯和/或共聚酯和/或淀粉或基于淀粉的材料，生物可降解薄膜的厚度小于20μm。

实施例2

本申请实施例2供了一种新型微针基底结构，如图2所示，包括基底结构和微针结构，所述基底结构由柔性材料制成，在本实施例1中采用聚酰亚胺制作而成，具有较好的形变适应能力，能贴附在大脑皮层上，基底结构的厚度可根据实际应用的需求在实际可操作范围内调整，在本实施例2中基底结构为圆盘结构，为了更好的利于微针结构深入采集脑电信号，在圆盘形基底结构上形成有多条直线型狭缝，如图2所示，多条直线型狭缝沿一个方向(如X轴方向)延伸且呈错位排布，所述直线型狭缝宽度为5μm在沿着延伸方向垂直的方向上(如Y轴方向)，相邻的狭缝投影有部分重叠，保证直线型狭缝沿一个方向交错设置，使直线型狭缝在基底结构上均匀分布，保证基底结构的每一处都能较好的适应大脑皮层的形状。

基底结构表面还包括多个凹槽，该凹槽和直线型狭缝一样，均沿着一个方向(如X轴方向)延伸且呈错位排布，在本实施例2中，凹槽和线型狭缝在每一行交错布置，凹槽用于组装微针结构的尾部，如图3所示，所述微针结构的前端具有多个体电极点，所述微针结构的后端未设置体电极点，体电极点由金属材料制作而成，通过焊接的形式固定于所述微针结构的前端，所述体电极点通过导线引出，各个导线之间相互错位设置，避免相互干涉，并与后端的信号处理电路连接，将采集的脑电信号传输给信号处理电路作相关信号处理，信号处理电路为现有技术未作改进，不再赘述，所述微针结构的尾部垂直组装于所述基底结构上。

基底结构上的直线型狭缝制作的具体工艺为：

首先图案化，在基板上形成狭缝掩模图案，所述掩模图案包括与所述结构特征相对应的特征图形；然后曝光，将狭缝掩模图案转移到光刻胶上，最后是选择性刻蚀，将未被光刻胶保护的区域刻蚀掉，有光刻胶层覆盖的区域不被刻蚀。刻蚀采用的刻蚀液包括所述水溶性酸包括强酸和弱酸以及弱酸，其中强酸为硫酸，其中所述弱酸为磷酸、HF酸、甲酸、乙酸、柠檬酸、异柠檬酸混合而成。采用强酸与弱酸搭配，可减缓反应速度，避免蚀刻速度过快影响硅基表面结构。

实施例3

本申请实施例3提供了一种新型微针基底结构，包括基底结构和微针结构，所述基底结构由柔性材料制成，在本实施例3中采用聚酰亚胺制作而成，具有较好的形变适应能力，能贴附在大脑皮层上，基底结构的厚度可根据实际应用的需求在实际可操作范围内调整，在本实施例3中基底结构为圆盘结构，为了更好的利于微针结构深入采集脑电信号，在圆盘形基底结构上形成有多条直线型狭缝，如图2所示，多条直线型狭缝沿一个方向(如X轴方向)延伸且呈错位排布，所述直线型狭缝宽度为2μm，在沿着延伸方向垂直的方向上(如Y轴方向)，相邻的狭缝投影有部分重叠，保证直线型狭缝沿一个方向交错设置，使直线型狭缝在基底结构上均匀分布，保证基底结构的每一处都能较好的适应大脑皮层的形状。

基底结构表面还包括多个凹槽，该凹槽和直线型狭缝一样，均沿着一个方向(如X轴方向)延伸且呈错位排布，在本实施例3中，凹槽和线型狭缝在每一行交错布置，凹槽用于组装微针结构的尾部，如图3所示，所述微针结构为半介入式，其前端具有多个体电极点，所述微针结构的后端未设置体电极点，体电极点由金属材料制作而成，通过焊接的形式固定于所述微针结构的前端，所述体电极点通过导线引出，各个导线之间相互错位设置，避免相互干涉，并与后端的信号处理电路连接，将采集的脑电信号传输给信号处理电路作相关信号处理，信号处理电路为现有技术未作改进，不再赘述，若干所述微针结构呈阵列状倾斜组装于所述基底结构上，此时保证微针结构垂直于切平面，能更好的贴合大脑皮层。

基底结构上的直线型狭缝制作的具体工艺为：

首先图案化，在基板上形成狭缝掩模图案，所述掩模图案包括与所述结构特征相对应的特征图形；然后曝光，将狭缝掩模图案转移到光刻胶上，最后是选择性刻蚀，将未被光刻胶保护的区域刻蚀掉，有光刻胶层覆盖的区域不被刻蚀。刻蚀采用的刻蚀液包括所述水溶性酸包括强酸和弱酸以及弱酸，其中强酸为硝酸，其中所述弱酸为磷酸、HF酸乙醇酸混合而成。采用强酸与弱酸搭配，可减缓反应速度，避免蚀刻速度过快影响硅基表面结构。

实施例4

本申请实施例4提供了一种新型微针基底结构，其与实施例1的结构相同，区别点在于实施例4中基底结构上设置的狭缝为波浪形狭缝，所述波浪形狭缝宽度为6μm。

实施例5

本申请实施例5提供了一种新型微针基底结构，其与实施例1的结构相同，区别点在于实施例5中基底结构上设置的狭缝为锯齿形狭缝，所述锯齿形狭缝宽度为7μm。

尽管本申请的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本申请的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本申请并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (9)

1.一种新型微针基底结构，所述新型微针基底结构应用于神经接口，其特征在于，所述神经接口包括基底结构和微针结构；其中，所述基底结构表面形成有狭缝，至少一个所述微针结构组装于所述基底结构上，所述狭缝和所述微针结构不相互干涉。

2.根据权利要求1所述的新型微针基底结构，其特征在于，基底结构表面包括至少一个狭缝；当狭缝的数量大于或等于两个时，多个狭缝沿着一个方向延伸且呈错位排布。

3.根据权利要求2所述的新型微针基底结构，其特征在于，在延伸方向的垂直方向上，相邻的狭缝投影有部分重叠。

4.根据权利要求2所述的新型微针基底结构，其特征在于，所述狭缝为直线型狭缝、锯齿形狭缝或波浪形狭缝。

5.根据权利要求1所述的新型微针基底结构，其特征在于，所述基底结构表面还包括至少一个组装微针结构的凹槽，当狭缝和凹槽数量为多个时，所述凹槽均沿着一个方向延伸且呈错位排布。

6.根据权利要求1所述的新型微针基底结构，其特征在于，所述基底结构的横截面为方形、圆形、梯形或不规则形状。

7.根据权利要求1所述的新型微针基底结构，其特征在于，所述微针结构的前端具有至少一个体电极点，所述体电极点通过导线引出，并与后端的信号处理电路连接，所述微针结构的尾部组装于所述基底结构上。

8.根据权利要求1所述的新型微针基底结构，其特征在于，若干所述微针结构呈阵列状垂直组装于所述基底结构上，或，若干所述微针结构呈阵列状倾斜组装于所述基底结构上。

9.根据权利要求1所述的新型微针基底结构，其特征在于，所述微针结构上涂覆有生物可降解薄膜，所述生物可降解薄膜用于平衡所述微针结构不同区域的应力。

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