CN218128556U - 一种神经接口 - Google Patents

Abstract

本申请属于神经接口技术领域，提供一种神经接口，包括至少一个微针体和柔性基底，所述微针体束缚在柔性基底上。本申请提供一种神经接口，包括至少一个微针体和柔性基底，所述微针体束缚在柔性基底上，柔性基底在外力作用下可变形，可以更好的贴合脑膜表面，并使得微针更好地规避脑部血管，减少植入性损伤，并同时能够保证读出单个神经动作电位。

Description

一种神经接口

技术领域

本申请涉及神经接口技术领域，具体为一种神经接口。

背景技术

通过神经接口可以在人(或动物)与外部设备之间建立连接通路。在单向神经接口的情况下，计算机或者接受神经细胞传来的信息，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。而双向神经接口允许脑和外部设备间的双向信息交换。

在神经接口中，往往需要通过神经接口获取神经元信号，神经接口的基底不能很好地贴附在脑软膜表面。

发明内容

本申请的主要目的是提出一种神经接口，柔性基底在外力作用下可变形，可以更好的贴合脑膜表面，并同时能够保证读出单个神经动作电位。

为解决上述技术问题，根据本申请的一个方面，本申请提供了如下技术方案：提供一种神经接口，包括至少一个微针体和柔性基底，所述微针体束缚在柔性基底上。

进一步地，当所述微针体的数目为多个时，在柔性基底上形成微针阵列，其中，所述微针体为针状结构的电极，或者，所述微针体为贴片式电极。

进一步地，所述柔性基底存在镂空部位。

进一步地，所述柔性基底为圆形、椭圆形、多边形或扇形。

进一步地，当所述柔性基底为圆形时，所述柔性基底包括多个环形区域。

进一步地，所述微针体设置在所述环形区域上。

进一步地，外环区域上的微针体的数目大于内环区域上的微针体的数目。

进一步地，所述柔性基底包括至少两个分区，相邻所述分区之间存在间隙。

进一步地，所述柔性基底的形成材料包括硅胶、PDMS、聚酰亚胺或细菌纤维素。

进一步地，所述神经接口还包括集成电路芯片，所述微针体束缚在柔性基底的正面，所述集成电路芯片设置在柔性基底的背面。

与现有技术相比，本申请具有以下有益效果：

本申请提供一种神经接口，包括至少一个微针体和柔性基底，所述微针体束缚在柔性基底上，柔性基底在外力作用下可变形，可以更好的贴合脑膜表面，并同时能够保证读出单个神经动作电位。

附图说明

为了更清楚地说明本申请的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对本申请保护范围的限定。在各个附图中，类似的构成部分采用类似的编号。

图1为本申请实施例提出的一种神经接口的结构示意图；

图2为本申请实施例提出的另一种神经接口的结构示意图；

图3为本本申请实施例提出的又一种神经接口的结构示意图；

图4为本申请实施例提出的微针体的结构示意图；

图5为本申请实施例提出的铟柱连接集成电路芯片的电路结构示意图。

其中，1-微针体，2-柔性基底，21-环形区域，3-分区，4-连接部，5-体电极点，6-连接线，7-铟柱，8-接触电极，9-多晶门，10-硅基底。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中附图，对本申请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申请一部分实施例，而不是全部的实施例。

通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

在下文中，可在本申请的各种实施例中使用的术语“包括”、“具有”及其同源词仅意在表示特定特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合，并且不应被理解为首先排除一个或更多个其它特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合的存在或增加一个或更多个特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合的可能性。

此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

除非另有限定，否则在这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本申请的各种实施例所属领域普通技术人员通常理解的含义相同的含义。所述术语(诸如在一般使用的词典中限定的术语)将被解释为具有与在相关技术领域中的语境含义相同的含义并且将不被解释为具有理想化的含义或过于正式的含义，除非在本申请的各种实施例中被清楚地限定。

实施例1

结合图1和图2，本实施例提供一种神经接口，该神经接口包括至少一个微针体1和柔性基底2，所述微针体1束缚在柔性基底2上。其中，微针体1上设置有至少一个体电极点，所述体电极点用于采集神经信号。

其中，所述柔性基底2由柔性材料制作而成，其中柔性材料包括硅胶、PDMS、聚酰亚胺或细菌纤维素。

在可选的实施例中，所述柔性基底2存在镂空部位，以提高柔性基底2的柔性度。

在本实施例中，所述柔性基底2为圆形、椭圆形、多边形或扇形。

在实际应用场景下，所述微针体1的数目为多个，多个微针体1沿预设的规则排布形成，以在柔性基底2上形成微针阵列。

其中，神经接口为半介入式神经接口，所述微针体1可以呈针状结构，神经接口也为非侵入式神经接口，所述微针体1也可以为贴片式电极。本申请主要以针状结构的电极进行图示的，贴片式电极的设置方式与针状结构的微针体设置方式相同，在此没有单独进行图示。

当所述柔性基底2为圆形时，所述柔性基底2包括多个环形区域21，所述微针体1设置在所述环形区域21上。其中，以环形区域21距离柔性基底2的圆心的距离大小，可以将环形区域21分为外环区域和内环区域，外环区域上的微针体1的数目大于内环区域上的微针体1的数目，其中，对至少两个环形区域21而言，外环区域为距离圆心更远的环形区域21，内环区域为距离圆心更近的区域。

在可选的实施例中，外环区域上的微针体1的数目大于内环区域上的微针体1的数目。

如图3所示，在可选的实施例中，所述柔性基底2包括至少两个分区，相邻所述分区之间存在间隙，不同分区之间相互独立，可以避免柔性基底2贴附组织器官时产生的隆起和褶皱，消除与器官组间的摩擦不适感，更加利于微针体1的插入与固定。

可选地，至少两个所述微针体1的长度不同，以形成参差的微针阵列，例如，靠近柔性基底2的几何中心的微针体1的长度大于远离柔性基底2的几何中心的微针体1的长度，或，靠近柔性基底2的几何中心的微针体1的长度不大于远离柔性基底2的几何中心的微针体1的长度。

本实施例提供一种神经接口，包括至少一个微针体和柔性基底，所述微针体束缚在柔性基底上，柔性基底在外力作用下可变形，可以更好的贴合脑膜表面，并使得微针更好地规避脑部血管，减少植入性损伤，并同时能够保证读出单个神经动作电位。

实施例2

如图1所示，本申请提供一种神经接口，包括至少一个微针体1和柔性基底2，所述微针体1束缚在柔性基底2上。

在可选的实施例中，所述柔性基底2为圆盘形，当存在多个微针体1时，多个微针体1可沿圆盘形的直径方向排布，形成微针阵列，其中，沿着远离柔性基底几何中心的方向上，微针体1的分布逐渐稀疏。由于柔性基底2由柔性材料制成，柔性基底2可发生形变，在实际使用过程中，可以根据目标位置的具体结构，对柔性基底施加外力，使得柔性基底产生形变，保证柔性基底与目标位置形成良好贴附，可以增大体电极的植入深度，采集更深处神经细胞的信号，同时，还可避免刚性部件对组织造成损伤。其中，柔性材料可以为硅胶、PDMS、聚酰亚胺或细菌纤维素等。

在其中一个可选的实施例中，所述微针体1呈梳状，所述微针体包括至少一个体电极，所述体电极上设置有至少一个体电极点，所述体电极插入神经细胞中，所述体电极点5与神经细胞接触，可以读取神经信号或对神经细胞进行弱电流刺激。在其他实施例中，所述微针体1也可以只包括一个体电极，此种情况下，微针体与体电极的概念相同。

在其中一个可选的实施例中，所述神经接口还包括集成电路芯片，对采集的神经细胞的电位进行数据处理后传输至体外，或对体外采集的视觉、听觉、触觉等感官信号进行处理后形成刺激脑部神经细胞的电位，使人体能够重建视觉、听觉、触觉。

其中，所述柔性基底还包括设置在边缘的连接部，该连接部可以呈长条形，所述集成电路芯片设置在连接部4上，在使用时，所述微针体1插入神经组织中，所述柔性基底2贴附在目标位置表面(例如，脑软膜表面)，所述集成电路芯片置于目标位置之外。

在其中一个可选的实施例中，所述集成电路芯片也可通过连接部4连接后置于另一处与该微针阵列结构不接触、不相邻的部位，由于在信号采集和读写过程中，集成电路芯片工作会产生一定的热量，该热量可能会影响神经组织的刺激反应，进行造成电位信号的不精准，通过连接部4将集成电路芯置于他处后，可以基本避免该问题。

相较于传统贴附在脑软膜表面的柔性贴片式电极只能提取到大脑集群信号，本申请提供的神经接口微针阵列，能够读取视单个神经元信号，更加精准，可以根据信号刺激区域选择工作区域和微针个数，能耗更低。相较于刚性微针阵列对脑组织损伤较大，无法实现长期植入，本申请的微针阵列能够根据神经信号采集针对的组织器官形状进行良好贴合，并且不会产生摩擦异感，将对脑组织的植入式损伤降低，可以长时间植入人体组织中。

实施例3

在本实施例中，本申请提供另一种神经接口，可作人工视网膜，使视网膜受到损伤或脱落的人群产生视觉感知功能。采用柔性基底2制成的人工视网膜微针阵列结构不需要提前根据视力受损人群眼球的大小来订制微针体1的束缚材料，所述柔性基底2易变形，可以很好的使微针体1插入视网膜的神经组织中，使柔性基底2的背面内凹形成半球状，与眼球形成良好贴合，降低了刚性束缚材料所带来的摩擦异感。

在其中一个可选的实施例中，所述圆盘形的柔性基底2存在镂空部位，即不需要束缚微针体1的部位，可以根据组织器官的结构或者人体受损部位的不同设定镂空的位置，这样可以减少布置不必要的微针体1，减小功耗，减少散热对人体组织的影响。根据本申请的一个实施方式，镂空部设置在柔性基底2的中心处，如图1所示，所述柔性基底2的中心为镂空状，没有束缚微针体1，可进一步增强柔性基底的柔性，增大柔性基底的弯曲度。

在其中一个可选的实施例中，所述柔性基底2选用透明材料，因为人工视网膜适用的人体视网膜的损伤程度有所不同，当因外伤或疾病而导致视网膜全部或大部分剥落时，其原始视网膜已经无法进行正常成像功能，此时人工视网膜可以完全取代人体视网膜，通过集成电路芯片将获取到的外部图像信息转化成电信号，再通过微针体1上的体电极对视神经以及细胞轴突进行弱电流刺激，以形成人体的视觉感官。此时，眼球的外界光线和图像已无法在人体原始视网膜上成像，对于柔性基底2的材料以及镂空部分的位置没有特别的要求，可以采用非透明材料；但当视网膜部分损伤时或部分脱落时，还拥有部分视觉成像功能，在眼球视网膜内表面设置半球形的人工视网膜会遮档原始光线的射入，此时，将束缚所述微针体1的柔性基底2的材料选择透明材料，即可以在实现体电极读取或刺激视神经或细胞轴突的同时，还不阻碍人体原始视网膜的部分感官功能。

实施例4

如图3所示，在其中一个可选的实施例中，所述柔性基底2可以由至少两个分区3，相邻分区3之间存在间隙，此种结构的柔性基底，每个分区3可独立弯曲，可具有更大的形变量。由于柔性基底的圆盘形神经接口微针阵列在用作人工视网膜或其他凸起形状的组织结构时，扁平结构的柔性基底2需要包覆球形或凸起形状的组织结构，所述柔性基底2会形成部分隆起或褶皱，特别是当隆起或褶皱的柔性基底部位存在微针体2时，不利于微针体1的插入和固定，会导致电位信号的读取障碍。在本实施例中，将圆盘形的柔性基底2划分了多个扇形的分区3，当其在包覆球形或凸起形状的器官组织结构时，各扇形的分区3之间的间隙刚好得了补偿，因此不会产生隆起或褶皱。

在其中一个可选的实施例中，所述分区3的边缘不会设置微针体1，各分区3的柔性基底边缘可以重合上下贴附。

在其中一个可选的实施例中，柔性基底2可以裁剪，与微针体1以及体电极相连的导线不会因为径向裁剪而断路，因此，可以根据神经接口安放的组织器官结构进行适当位置的裁剪，以消除柔性基底2包覆过程中的隆起或褶皱。

实施例5

如图4所示，每个微针体1至少包括一个体电极，所述体电极上设置有至少一个体电极点5，体电极点5之间相互独立，受集成电路芯片控制可以独立工作。

根据本申请的一个实施例，所述神经接口中的微针体1长度相等；根据本申请的另一个实施例，所述微针体1的长度不相等，根据组织器官的损伤程度以及信号采集或刺激的部位进行差异化设置，形成差参不齐的多触点面阵。

在其中一个可选的实施例中，所述神经接口系统中的微针体1均匀分布在柔性基底2上；根据本申请的另一个实施例，所述微针体1不均匀的分布在柔性基底2上，可以根据需求对微针体1的分布密度进行设置。

在其中一个可选的实施例中，所述神经接口还包括体外装置，所述体外装置包括采集单元和处理单元。所述采集单元用于获取外部感官信号；所述处理单元用于将感官信号转换为用于再现感官的刺激信号。

在其中一个可选的实施例中，所述体外装置还包括第一无线线圈，所述集成电路芯片侧设置有第二无线线圈；所述第一无线线圈用于发送刺激信号，所述第二无线线圈用于接收刺激信号。

实施例6

如图5所示，所述集成电路芯片为读出电路，包括硅基底10，硅基底上植入有接触电极8和多晶门9。其中，所述硅基底为P型硅基底，所述集成电路芯片2上植入的铟柱通过连接线6与硅基底7电连接。

本申请实施例还公开了一种神经接口的制备方法，包括步骤：

S1、采用标准的MEMS加工工艺制作出微针体；

S2、在微针体上加工至少一个体电极；

S3、在微针体和集成电路芯片上分别植入铟柱；

S4、将植入有铟柱的微针体和集成电路芯片键合形成微针组件，通过柔性基底将多个微针组件束缚在一起，形成微针。

所述微针体1上的多个体电极与微针体1上的铟柱7通过连接线6连接，其中，所述连接线为金属线，由金属材料制作而成，例如连接线由金制作而成。在实际应用场景下，体电极通过连接线6与微针上的第一焊点连接，铟柱7设置在所述第一焊点上，从而将体电极与集成电路芯片2连接在一起。

此外，体电极上的体电极点5可以分布在同一列，也可以分布在不同的列，可以根据体电极的宽度以及实际情况而定。当所述体电极分布在不同的列时，相邻列的体电极可以错位分布。

根据本申请的一个实施例，所述体电极用于采集视神经信号，并将采集到的视神经信号传输给所述集成电路芯片，所述集成电路芯片一方面用于接收部分体电极所采集到的视神经信号，另一方面可以向部分体电极发送电信号，使人恢复视觉感知功能，即将微针体1与集成电路芯片键合后，可实现信号的输入和输出功能，可读取单个神经细胞动作电位和实现弱电流的刺激。

以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本申请专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (8)

1.一种神经接口，其特征在于，包括至少一个微针体和柔性基底，所述微针体束缚在柔性基底上，所述柔性基底存在镂空部位。

2.根据权利要求1所述的神经接口，其特征在于，当所述微针体的数目为多个时，在柔性基底上形成微针阵列；

其中，所述微针体为针状结构的电极，或者，所述微针体为贴片式电极。

3.根据权利要求1所述的神经接口，其特征在于，所述柔性基底为圆形、椭圆形、多边形或扇形。

4.根据权利要求3所述的神经接口，其特征在于，当所述柔性基底为圆形时，所述柔性基底包括多个环形区域。

5.根据权利要求4所述的神经接口，其特征在于，所述微针体设置在所述环形区域上。

6.根据权利要求4所述的神经接口，其特征在于，外环区域上的微针体的数目大于内环区域上的微针体的数目。

7.根据权利要求1所述的神经接口，其特征在于，所述柔性基底包括至少两个分区，相邻所述分区之间存在间隙。

8.根据权利要求1所述的神经接口，其特征在于，所述神经接口还包括集成电路芯片，所述微针体束缚在柔性基底的正面，所述集成电路芯片设置在柔性基底的背面。

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