[发明专利]医疗微电极、其制造方法、及其使用

说明书

技术领域

本发明涉及用于完全或部分放置在软组织中的医疗原(proto)微电极、如此放置的微电极、生产该原微电极的方法、及其使用。此外，本发明涉及包括本发明的两个或更多个原电极的束和阵列，以及完全或部分放置在软组织中的对应微电极束和阵列。

背景技术

用于植入软组织(具体地是中枢神经系统(CNS)的组织)中的微电极具有广泛的应用范围(脑机接口：科学、临床实践和社会的影响(Brain Machine Interfaces.Implications for Science,Clinical Practice and Society)，Schouenborg J,Garwicz M和Danielsen N(编辑),《脑研究中的进展》，Elsevier Science Ltd.2011，ISBN 13:978-0-444-53815-4)。原则上，可通过这样的电极记录或刺激所有的脑核组织，并监测它们的功能。尤其感兴趣的是用于脑核刺激的多通道电极。在多通道电极设计中，电极组或甚至独立的电极可被分立地寻址。这允许用户选择其刺激相比非选择性刺激产生改进的治疗效果的那些电极。脑或脊髓的刺激在脑核退化或受损的情况下特别有价值。多通道设计可提供对全身性或局部性药物监管的影响或脑部和脊髓的神经元上的基因转移的高效测量。通过植入式电极检测脑部活动可被用来控制局部性或全身性给药、或控制脑核的电刺激。此外，多通道电极还可用于在由相同电极检测到异常电活动之际损伤组织中的特定病变部位。

植入式微电极应尽可能小地影响邻近组织。由于脑部、脊髓以及末梢神经表现出由身体移动、心跳和呼吸引起的相当大的移动，因此植入式电极可跟随该组织的移动且相对于目标组织的位移尽可能小是重要的。为此，植入式电极应当是有弹性地柔性的。用于植入柔性电极的不同方法在本领域中是已知的。例如，难以或不可能如此植入的超薄且柔性的电极可在将其埋入在植入期间提供必要支撑的硬基体中之后被植入。在植入之后，基体可被组织液溶解。成功植入的一项要求是使用生物相容性基体材料。

本领域中已知的微电极存在的问题是其阻抗的大部分是由电极/体液边界处的阻抗组成。当电流通过医疗电极流入或流出组织时，电流密度在微电极表面上不均匀，其在边缘、末端、和表面不规则处显著高于其他地方。高的局部电流密度使得温度局部地上升，并且可能导致含水组织液的水解。与高电流密度的部位邻近的软组织由此遭受不可逆地损伤的风险。

为记录单个神经元中的活动，与组织和/或组织液电接触的电极的该部分应尽可能地小。由于电极阻抗很大程度上取决于该部分的表面区，因此开发了各种装置来扩大该表面以降低电极阻抗。用于扩展电极的导电表面区的方法是本领域已知的；这些方法包括通过机械地或化学地涂覆这些电极、或用导电聚合物(诸如聚乙烯(3,4-乙烯二氧噻吩)；聚乙撑二氧噻吩(PEDOT)或乙撑二氧噻吩(PEDT))的纳米纤维、铂墨或碳纳米管涂覆纳米管，来使表面粗糙。这些涂覆的问题在于：它们容易从电极本体分离、和/或它们在植入之际被从组织和体液产生的生物学材料覆盖和/或阻塞。因此，导体的表面积被减小，从而导致不期望的电阻变化。

发明目的

本发明的主要目的是提供一种用于刺激单个神经细胞或神经细胞群的上述类型的微电极，其中由局部高电流密度造成不受控的组织损伤的风险被显著降低或甚至为零，而与微电极是单个微电极还是涉及微电极束或阵列无关。

本发明的另一目的是提供一种用于生产此类微电极的方法。

本发明的又一目的是提供一种上述类型的微电极，其中由局部高电流密度造成不受控的组织损伤的风险被显著降低或甚至为零，并且该微电极容易插入软组织中。

根据下文的本发明的概述、附图中说明的各优选实施方式和根据所附权利要求书，本发明的其它目的将变得明显。

发明内容

在本申请中，“电极”表示“微电极”。“不可溶于水”表示不可溶于含水体液，即间质或胞外液但也可以是血清。“柔性的”表示不会显著妨碍本发明的微电极本体横向移动的柔软性程度。“电绝缘”表示在治疗人类神经组织时所使用的电压/电流处电绝缘。“长圆形(oblong)”表示长度大于其直径五倍或更多(具体地为十倍或更多)的结构。“可膨胀”意味着在接触含水体液时体积扩大至少1.2倍。“多孔”表示溶解其中的含水体液和生物分子可渗透。如以下将更详细地解释的，“微电极”表示本发明的微电极处于插入软组织的状态，并且与该组织中的体液部分地或全部地平衡，而“原微电极”和“原电极”表示在插入该组织之前本发明的对应微电极。