[发明专利]一种具有蛇形金属屏蔽结构的记录电极及制备工艺

说明书

本发明提供一种具有蛇形金属屏蔽结构的记录电极及制备工艺，记录电极设有一层蛇形金属屏蔽层，蛇形金属屏蔽层位于电磁干扰源和金属电极层之间，用于减弱电磁干扰。记录电极还包括蛇形聚合物衬底层、蛇形聚合物中间绝缘层、蛇形金属电极层和蛇形聚合物封装层，各结构层采用弯曲蛇形结构，保证集成后的柔性光电电极具有可拉伸性，一定形变范围内能正常进行神经信号采集，满足实际应用需求。本发明还提供一种具有蛇形金属屏蔽结构的记录电极的制备工艺。本发明制备的记录电极不仅可以有效减轻电磁干扰对神经信号采集质量的影响，而且能够随着电极结构拉伸变形，可应用在有形变产生的动物组织内。

技术领域

本发明涉及生物医学工程技术领域的神经微电极，具体地，涉及一种具有蛇形金属屏蔽结构的记录电极及制备工艺。

背景技术

神经接口作为神经组织和外部设备之间的桥梁，不仅广泛应用在神经科学研究当中，并且为神经性疾病如帕金森病，抑郁症，中风等，提供了有效的治疗手段。随着光遗传学的出现，通过往神经接口中引入特定波长、尺寸微小的光源，可以精确地在亚毫米区域范围内，激活或抑制某类特定的神经元，达到高分辨率的光学神经调制，越来越成为神经科学和脑科学研究中不可或缺的工具之一。

然而，在将尺寸为几十到几百微米的微型LED芯片或微型LD芯片，集成到记录电极的过程中，不可避免地会引入通电导线，相应地带来电磁干扰(electromagneticinterference，EMI)，造成的信号伪迹会和记录的有用神经信号混叠，甚至淹没神经信号波形。

经过针对现有技术的检索发现，美国密西根大学KampasiK,EnglishDF等人在Microsystemsnanoengineering,2018,4(1):10上撰文“Dualcoloroptogeneticcontrolofneuralpopulationsusinglow-noise,multishankoptoelectrodes”，提出将LD通过梯度折射透镜和氮氧化硅波导相连，让405nm蓝光和635nm红光通过波导传递到针状刺入式记录电极前端，其中重要的一步是在LD芯片附近增加电磁屏蔽结构层并接地，保证光输出功率在450μW时，记录电极点上采集到的伪迹幅值被控制在100μV以内，而没有增加电磁屏蔽层时，对于蓝光和红光LD，记录电极采集到的电压瞬变幅值高达1.55mV和0.65mV，证明引入电磁屏蔽层可大大减轻电磁干扰。但是这类结构的应用仅限于密西根硅针电极，无法应用在光电集成的柔性电极上。

美国伊利诺伊大学香槟分校KimT,McCallJG等人在Science,2013,340(6129):211-216撰文“Injectable,cellular-scaleoptoelectronicswithapplicationsforwirelessoptogenetics”，提出将微型LED芯片、记录电极、光和温度传感器集成在柔性衬底上，得到多功能柔性针状刺入式电极，用于小鼠深脑光遗传学模型的研究，但是没有考虑微型LED芯片阵列层会引入电磁干扰的影响；同年，美国密西根州立大学KwonKY,SirowatkaB等人在IEEEtransactionsonbiomedicalcircuitsandsystems,2013,7(5):593-600撰文“Opto-μECoGarray:AhybridneuralinterfacewithtransparentμECoGelectrodearrayandintegrate dLEDsforoptogenetics”，提出将微型LED芯片阵列和ITO记录电极集成在柔性衬底上，得到柔性光电电极，用于大鼠大脑皮层光遗传学模型的研究，同样也没有考虑有源微型LED芯片的导线引入电磁干扰对脑皮层电信号采集质量的影响。