[发明专利]经硬脑膜刺激视皮层的柔性微电极芯片及制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种经硬脑膜刺激视皮层的柔性微电极芯片及制备方法，依据由电刺激信号刺激硬脑膜下方视皮层会使患者产生光幻视的原理设计微电极芯片，属于生物医学工程学与微芯片系统的交叉领域。 

背景技术

世界卫生组织报告显示，世界范围内有超过1.6亿人视力受到不同程度的损害，其中，大约4500万人患盲症。临床资料表明，视网膜变性疾病，如视网膜色素变性(Rtinitis Pigmentosa，RP)、年龄相关性黄斑病变(Age-Related macularDegeneration，AMD)等，是致盲的主要疾病。人们尝试手术、药物等多种方法帮助患者恢复视力，但目前各种方法的效果均不理想。根据临床资料显示：在视盲患者的病例中，尽管黄斑部感受器近乎完全丧失，但黄斑部内核层和节细胞层的生存率仍比较高，分别达到80％和30％，通过植入视网膜假体，可以恢复部分视觉。到了20世纪90年代末期，研究视网膜假体，让假体产生与外界图像信息相对应的电刺激信号，刺激并激活视觉系统，从而使失明或濒临失明的患者重新获得部分有用视力成为新兴的研究方向。 

视觉假体的研究，根据假体植入的部位及刺激的方式，大致可以分为：视皮层植入假体、视神经植入假体、视网膜上植入假体和视网膜下植入假体。视网膜上植入假体需要解决能源供应问题，并且该方案仅能修复黄斑部内核层和节细胞层细胞活性较高的视盲患者人群；视网膜下植入假体的体积较大，假体多采用硅基等硬性材料构造，埋植手术复杂，对患者生理组织伤害大；视皮层植入假体和视神经植入假体可以是将刺激电极植入大脑皮质或视神经中，可以修复视盲程度更深的患者，基本上适用于视网膜变性疾病和视神经病变而致盲 的人群，但是手术的风险较大。 

目前，美国在这一领域占据领先地位，南加州大学、北卡罗来纳州立大学、马里兰州的Wilmer眼科研究所等机构取得了较好的研究进展，FDA已批准的多个临床试验项目，已经开始应用于视盲患者，在临床研究中取得了初步成效。此外，日本、德国、瑞士等国在相关领域也取得了一定的研究成果。相对于我国庞大的致盲人群，我国的人工视网膜的研究起步较晚。目前，在国家自然科学基金、863计划及各地科委项目的支持下，有复旦大学、中国科学院/上海微系统所、上海交通大学、北京大学、上海理工大学、首都医科大学、军医进修学院、西安交通大学和重庆大学等单位进行了相关领域的研究工作，并在各自领域取得了一些研究进展。 

目前，视觉假体研究热点集中在电极阵列的形状、材料方面。在电极形状的选择上，有圆柱形、圆锥形、长方形、梯形结构等多种电极处于实验或研究之中。形状对于视网膜修复类电极阵列的影响正在讨论之中。在材料的选择上，包括基底和电极材料的选择。在基底的选择上，已有研究人员就SiO2、Si3N4、TiN、铱、硅树脂、硅、硅树脂、聚酰亚胺，BCB和聚对二甲苯等材料作为视网膜刺激器的基底材料进行了大量的研究论证试验。聚酰亚胺、聚对二甲苯等材料具备柔性、生物相容性佳等，但机械强度不够，SiO2、Si等材料的硬度过高，可能造成生理组织的损伤。同时，考虑到生物相容性和长期稳定性，惰性金属材料如金(Au)或铂(Pt)等多被研究人员选作刺激电极材料。Jong-Mo Seo等人使用金作为微电极材料，在他们所进行的短期移植实验中(12个星期)，未见不良反应，但它们在长期性实验中表现出被腐蚀的缺点；氮化钛(TiN)具有抗腐蚀、稳定性好、与神经细胞能紧密接触、与神经组织有较好的生物相容性且能储存较多电容量等优点，也是微刺激电极材料的一种选择，但是对神经细胞存活力有明显影响；铱与氧化铱(IrOx)在实验中的良好表现，使它成为微刺激电极材料的良好选择。总之，目前，视网膜修复类电极阵列材料的选择还需要更多的试验加以验证。 

同时，用于视网膜修复的微电极的研制上目前多采用专用MEMS制造工艺、在基底材料上生成微电极阵列的途径。其特点是保证多种材料的柔性加工，但价格较为昂贵。 

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于针对现有技术的不足和视觉修复技术的发展需要，在总结现有的视网膜假体不足的基础上，提出了一种经硬脑膜刺激视皮层的柔性微电极芯片，制备的柔性微电极阵列芯片具备柔软、透明、耐高温消毒、具备良好生物相融性、性能稳定等特点，该芯片植入部位为硬脑膜外，通过微电极阵列上的微电极传递电刺激信号，透过硬脑膜，传导到下方的视皮层，刺激此区域神经细胞，从而让患者产生光幻视，“看见”物体。