[发明专利]一种高密度自绝缘的柔性微针电极及其制备方法

说明书

本发明公开了一种高密度自绝缘的柔性微针电极及其制备方法。现有的柔性脑皮层电极存在刺激和记录空间分辨率低以及无法植入皮层内部的问题。此外，已有的犹他电极或类犹他电极还存在制备工艺复杂和成本高的问题。该柔性微针电极包括下绝缘层，设置在下绝缘层上的SU‑8凸台，以及设置在SU‑8凸台上的金属导电焊盘、金属导线和柔性微针电极阵列。SU‑8凸台不同位置的纵截面均为倒梯形；多个金属导电焊盘、多条金属导线和柔性微针电极阵列均设置在SU‑8凸台上。本发明通过利用微针结构，使得微针电极阵列的电极点能够刺入组织内部实现高时空分辨率的刺激和记录。本发明具有制备工艺简单和低成本的优点，还具有优秀的机械匹配性。

技术领域

本发明属于脑机接口技术领域，具体涉及一种用于电生理记录和刺激的柔性微针电极阵列的微加工制备方法，该电极是通过将柔性微针阵列结构与金属微电极阵列结构相结合来实现一种生物组织内数百微米深度的电生理刺激与记录的。

背景技术

大多数后天失明的人群只有眼睛或者视神经受损。这激发了人们对视觉皮质假体(VCP)的研究，VCP是一种绕过眼睛和视神经的装置，将视觉信息从摄像机直接传输到视觉皮质。VCP是用可以产生被称为磷光的微弱闪光电流去刺激视觉皮层。由于视网膜皮层映射，在皮层图的不同位置植入一系列电极阵列，从而可以产生多个磷光，每个受刺激电极在一个可预测的视野位置产生一个磷光。生物医学工程的最新进展包含了数十个电极的无线供电和控制设备，这些电极可以植入视觉皮层，从而在全世界范围内重新努力开发临床可用的VCP。

尽管有这些深刻的先进技术，但用于产生视觉感知的刺激模式还没有相应的进步。现有的基本假设仍然是，单个磷光类似于计算机显示器中的像素，它们可以很容易地被结合起来生成一个连贯的图像。尽管其具有直观的吸引力，但几乎没有证据表明这些假设是正确的。在VCP的早期测试中，刺激多个电极，只能产生多个孤立的磷光，而这些磷光并没有组合成连贯的形式。该结论在植入颅内电极用于癫痫术前评估的视力受试者中重复了这一发现。

为了克服这个障碍，美国贝勒医学院的MichaelS.Beauchamp等人在论文“DynamicStimulationofVisualCortexProducesFormVisioninSightedandBlindHumans”中开发了一种方法，使用一系列电极动态激活。这种新的刺激模式好比追踪手掌上的字母。为了传递字母“Z”，可以将多个以“Z”形状排列的探针压入手掌中。然而，这种技术产生了一种不连贯的触摸感。再者，可以按照与“Z”形状匹配的顺序动态移动单个探针，这就立刻产生了一种连贯的感受。现有VCP中使用的电刺激模式类似于多探头方法：刺激多个电极，要么一次刺激，要么在时间上稍微偏移，导致感知不连贯。MichaelS.Beauchamp提出的新模式类似于在手掌上追踪字母，不同的是，所需的字母是通过动态顺序刺激电极在皮层表面形成的。然而，该论文中使用的视觉皮层假体(SecondSightMedicalProducts)只有60个电极点，无法实现高分辨率的磷光体刺激。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术中的缺陷，使用Parylene(聚对二甲苯)或PI(聚酰亚胺)作为记录电极衬底，并结合SU-8微针电极阵列结构来实现神经记录和刺激；通过SU-8微针阵列与柔性Parylene/PI电极的结合，一方面可以使得ECoG(脑皮层)电极拥有良好的柔性，从而减轻机械失配引起的脑组织损伤，另一方面也可以确保电极点具有合适的高度，从而刺穿生物表层的同时实现不同深度组织的记录和刺激。

第一方面，本发明提供一种高密度自绝缘的柔性微针电极，其包括下绝缘层，设置在下绝缘层上的SU-8凸台，以及设置在SU-8凸台上的金属导电焊盘、金属导线和柔性微针电极阵列。SU-8凸台包括微针凸台、导线凸台和焊盘凸台。多个微针凸台与对应数量的多个焊盘凸台分别通过对应的导线凸台连接起来。微针凸台、导线凸台和焊盘凸台的纵截面均为上大下小的倒梯形；多个金属导电焊盘、多条金属导线和柔性微针电极阵列分别设置在对应的焊盘凸台、导线凸台和微针凸台上，与通过SU-8凸台内凹的台阶处形成自绝缘。微针电极阵列与各个金属导电焊盘分别通过对应的金属导线将导通。