[发明专利]一种基于多孔硅和聚合物的神经电极及其制作工艺和应用

权利要求书

1.一种基于多孔硅和聚合物的神经电极，其特征在于：该神经电极包括衬底层和衬底层上面的结构层，所述结构层为柔性聚合物-电极材料层-柔性聚合物的三明治结构，其中：所述衬底层是由多孔硅衬底和硅衬底组成；所述结构层的上表面分别开设孔Ⅰ和孔Ⅱ，孔Ⅰ和孔Ⅱ内分别沉积金属材料作为电极触点Ⅰ和电极触点Ⅱ；其中电极触点Ⅰ用于脑信号记录触点，电极触点Ⅱ与外引线键合后与脑外部神经信号采集装置相连接；

所述衬底层和结构层之间设置电学绝缘层，所述电学绝缘层为氧化硅或氮化硅层；所述硅衬底为高导电硅材料；所述多孔硅衬底的孔隙率为40-70％；

所述神经电极中，用于插入脑组织的部分以多孔硅为衬底，脑组织外部以硅为衬底的部分置于颅骨以下的位置；其中：用于插入脑组织的部分其端部为多孔硅；神经电极插入脑组织部分的宽度小于在脑组织外部的宽度。

2.根据权利要求1所述的基于多孔硅和聚合物的神经电极，其特征在于：所述柔性聚合物-电极材料层-柔性聚合物的三明治结构包括上层柔性聚合物、电极材料层和下层柔性聚合物，电极材料层作为中间层，电极材料层的侧壁被柔性聚合物覆盖。

3.根据权利要求1所述的基于多孔硅和聚合物的神经电极，其特征在于：所述神经电极中，所述柔性聚合物层为聚酰亚胺、聚对二甲苯或聚二甲基硅氧烷，所述电极材料层、电极触点Ⅰ和电极触点Ⅱ为金、铂、黑金、铂黑、铱、铱铂合金和导电碳纳米管中的一种或几种。

4.根据权利要求1所述的基于多孔硅和聚合物的神经电极的制作工艺，其特征在于：所述神经电极采取MEMS技术制作，该工艺具体包括如下步骤：

(1)在硅片表面依次沉积厚度0.1-0.3μm的氮化硅和厚度2-4μm的多晶硅作为隔离层；

(2)通过光刻定义出电极区域中的多孔硅区域，然后采用干法离子刻蚀技术刻蚀至硅表面，刻蚀出电极区域；

(3)通过电化学法在多孔硅区域制作出多孔硅，多孔硅的孔隙率40％-70％；

(4)在多孔硅和硅衬底表面沉积氧化硅或氮化硅作为电学绝缘层，再在硅片上表面沉积柔性聚合物；

(5)在柔性聚合物表面经光刻、刻蚀后，去除电极区域以外的柔性聚合物；再在电极区域的柔性聚合物上沉积电极材料层；在电极材料层上进行金属电极和引线的图形化，再沉积上层柔性聚合物；

(6)在上层柔性聚合物上经光刻和刻蚀后，信号记录触点部分和引线点部分露出，其余的金属被柔性聚合物覆盖；

(7)先通过光刻技术定义出硅片上的沟槽，再通过DRIE技术重新刻蚀电极器件的边缘部；最后进行硅片背面机械研磨加工使硅片减薄至所需的电极器件高度，即获得所述的基于多孔硅和聚合物的神经电极。

5.根据权利要求4所述的基于多孔硅和聚合物的神经电极的制作工艺，其特征在于：步骤(1)中，先在硅片表面定义电极外框再沉积隔离层，具体过程为：首先，通过光刻和DRIE技术在硅片上刻蚀出深度大于电极厚度的沟槽用以定义电极芯片的外框，沟槽宽度为3-7μm；然后，采用LPCVD技术填充沟槽并在硅片表面依次沉积厚度0.1-0.3μm的氮化硅和2-4μm多晶硅层，且采用表面平整化工艺把器件表面磨平。

6.根据权利要求4所述的基于多孔硅和聚合物的神经电极的制作工艺，其特征在于：步骤(3)中，所述多孔硅的制备采用阳极电化学腐蚀法，该方法以铂或石墨作为阳极，图形化好的硅片作为阴极在HF溶液中进行电腐蚀；或者以铂和石墨分别作为阳极和阴极，而硅片悬空放置于两极板之间，在HF与乙醇的混合液中，电场的作用下实现电化学腐蚀；通过控制多孔硅的孔隙率调整多孔硅的机械强度。

7.根据权利要求4所述的基于多孔硅和聚合物的神经电极的制作工艺，其特征在于：所述神经电极采取MEMS技术制作，该工艺过程为：先在硅衬底上制作柔性聚合物和金属的功能层，之后用氮化硅或者氧化硅作为钝化层保护器件及其他区域，开出刻蚀沟道；最后图形化多孔硅区域，并进行硅的电化学腐蚀生成多孔硅；由于多孔硅的生成具有各向同向性，聚合物功能层下方的硅最终会被腐蚀到而形成多孔硅层；最后再进行硅片背面的机械研磨，至所需的器件厚度。

8.根据权利要求1所述的基于多孔硅和聚合物的神经电极的应用，其特征在于：该神经电极用于脑神经信号的监测。