[发明专利]一种柔性可拉伸神经电极及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及一种柔性可拉伸神经电极及其制备方法和应用，所述柔性可拉伸神经电极包括柔性高分子材料、嵌于所述柔性高分子材料的液态金属电极以及绝缘材料；所述液态金属电极包括导线、分别位于导线两端的电极位点和外部接口端；所述绝缘材料覆盖液态金属电极的导线和外部接口端。该柔性可拉伸神经电极具有良好生物相容性、高导电性和优异拉伸性能，且这些性能能够长效稳定；其制备方法加工精度高，设计灵活性强，工艺简单，成本较低，易于神经电极的批量生产和优化设计。

技术领域

本发明涉及神经电极技术领域，具体涉及一种柔性可拉伸神经电极及其制备方法和应用。

背景技术

脑-机接口技术(Brain-Machine/Computer Interface,BMI/BCI)是指在大脑与外部电子设备之间搭建沟通控制的桥梁，通过对神经电生理信号的采集和解码，实现人脑与机器之间的交流通信。脑-机接口技术不仅对于脑神经疾病诊断和机制研究具有重要意义，在应急救灾、工业生产乃至军事科学领域有着广泛的应用前景。目前脑电信号的获取方式主要分为侵入式和非侵入式两种，相较于头皮脑电图等非侵入式采集方式，侵入式信号获取方式具有时空分辨率高、信号质量好、稳定性强等独特优势。根据神经电极监测位置，侵入式又分为皮质脑电图和皮质内神经元记录等信号采集方式。皮质脑电图作为一种半侵入式脑-机接口技术，虽然获取脑电信号的空间分辨率低于侵入式神经元电位记录，但由于非侵入式方法引起较低的免疫反应和组织损伤，在长期植入跟踪监测方面具有不可比拟的优势。

近年来随着材料科学和微加工技术的不断升级使得神经电极领域取得了长足的发展，但也仍然面临诸多挑战。传统硅基神经电极的力学性能与大脑皮层组织之间存在较大的差异，机械性能不匹配的问题容易引起较大的免疫排斥反应，从而在电极周围形成胶质瘤细胞，不仅容易导致电极失效，甚至会对血脑屏障造成破坏。作为神经电生理信号采集的关键桥梁，理想的神经电极不仅具有生物相容性和生物安全性，而且要具有良好的力学性能，降低脑组织排异反应。与刚性电极相比，柔性神经电极具有较低的杨氏模量，力学性能与神经组织更为接近，可以实现长期稳定的神经电信号记录或刺激。

CN108553755A公开了一种柔性三维神经电极及其制备方法，该柔性三维神经电极包括：柔性基底，所述柔性基底表面设置有多个微米柱簇，每一所述微米柱簇包括至少两个微米柱；检测电极阵列，所述检测电极阵列设置于所述柔性基底表面；每一检测电极包括检测位点、连接线和焊点，所述连接线一端与所述检测位点电连接，另一端与所述焊点连接；每一所述检测位点对应一所述微米柱簇，且所述检测位点覆盖所述微米柱簇；绝缘层；所述绝缘层覆盖所述连接线。

CN109663208A公开了一种基于多层堆叠结构基底的柔性神经电极，包括导电部及与导电部相连的基底，所述基底为杨氏模量不同的至少两层聚合物按照类三明治结构堆叠而成。该发明还公开了所述柔性神经电极的制造方法，通过MEMS工艺加工所述基底的各层聚合物，降低了所述基底的体积和制造难度。

近年来以镓铟合金为代表的液态金属材料以其更好的生物相容性、高导电性和优异的拉伸性能受到国内外研究人员的广泛关注，在神经科学、药物载体、分子影像、癌症治疗和生物传感器件等领域表现出巨大的应用潜力。CN105944228B公开了采用液态金属直接喷涂在聚合物基底上封装制作神经电极，但是仍存在很多弊端，一方面液态金属直接喷涂法的精度无法准确控制，神经电极的尺寸较大，无法保证脑电信号的可靠测量；另一方面在复杂体液环境中，液态金属电极容易发生降解或腐蚀，生物相容性和化学稳定性无法得到保障。因此，开发出一种具有良好生物相容性、高导电性和优异拉伸性能，且这些性能能够长效稳定，在长期植入条件下能够获取稳定脑电信号的新型柔性可拉伸神经电极是非常有意义的。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种新型的柔性可拉伸神经电极及其制备方法和应用，该柔性可拉伸神经电极具有良好生物相容性、高导电性和优异拉伸性能，且这些性能能够长效稳定，在长期植入条件下能够获取稳定的脑电信号。

为达到此发明目的，本发明采用以下技术方案：