[发明专利]一种纤维神经电极及其制备方法

说明书

本发明属于神经电极领域，具体为一种纤维神经电极及其制备方法。本发明通过湿法纺丝将导电高分子制备成为纳米级纤维网络，并将人工液体基质填充于纳米纤维网络形成导电高分子纤维电极，通过调节液体基质的溶度参数得到模量为50‑1000kPa的纤维神经电极。制备步骤包括纺丝液的制备、湿法纺丝形成初级纤维电极、初级纤维电极再浸润、纤维电极绝缘处理。本发明制备的纤维神经电极具有优异的力学性能和电学性能，其可以在麻醉至剧烈运动状态下稳定记录神经信号。

技术领域

本发明属于神经电极领域，具体涉及一种适用于麻醉至剧烈运动的纤维神经电极及其制备方法。

背景技术

随着对大脑不断深入研究，研究人员认为，了解人类认知的神经基础是神经科学的普遍目标，其对于脑部疾病的诊疗和干预有重要意义。

植入式神经电极是检测大脑电生理信号的重要手段。为此，研究者们开发了一系列神经电极，包括金属、硅基、聚合物和碳材料等，为可靠地解释与分析大脑功能提供了诸多可能性。然而，目前已开发的神经电极材料的模量处于吉帕级别，与模量为千帕级别的脑组织之间存在机械不匹配，无法建立稳定的电极/组织界面，在植入后容易引起严重的免疫反应，并在长期的自由活动过程中丢失信号记录。目前，尚未开发出能在剧烈运动下稳定记录的神经电极。因此，制备出与脑组织模量匹配、具有优秀电化学性能的神经电极，实现在麻醉至剧烈运动情况下长期稳定记录电生理信号是亟待解决的技术性难题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于，针对当前神经电极与脑组织之间模量不匹配、无法在剧烈运动下稳定工作的问题，提供一种低模量(kPa级别)、低阻抗(1000kΩ·μm²)和高电导(100S/cm)的纤维神经电极及其制备方法，其可在麻醉至剧烈运动情况下实现电生理信号稳定监测。

本本发明所要解决的技术问题采用以下的技术方案来实现：

一种适用于麻醉至剧烈运动的纤维神经电极及其制备方法，以导电高分子构建纳米级纤维网络，使用生物安全性液体基质填充网络，形成模量为50-1000kPa的纤维神经电极。具体步骤如下：

(1)制备低浓度、分散稳定的导电高分子分散液，然后将导电高分子分散液加热浓缩至固体含量为2-15％，加入小分子调节剂，调节导电高分子的链端舒展性。使用过滤器去掉杂质和气泡，再进一步使用真空烘箱除气泡。

(2)通过湿法纺丝技术对步骤(1)制备的导电高分子分散液进行连续化纺丝，然后使用去离子水清洗掉残留的凝固浴成分，晾干后得到具有纳米网络的初级纤维。

(3)将不同根初级纤维进行加捻，得到不同直径的导电纤维。

(4)将步骤(3)制备的导电纤维浸泡于生物相容性的液体基质中，使液体基质填充到导电纤维的纳米网络中，得到低模量、低阻抗和高电导率的柔性纤维电极。

(5)使用易挥发溶剂配置氟橡胶溶液，对步骤(4)制备的纤维电极进行绝缘处理，得到纤维神经电极。溶剂选用有机系，并且与步骤(4)使用的液体基质不相溶。

进一步地，所述步骤(1)中导电高分子为聚(3,4-亚乙二氧基噻吩)-聚(苯乙烯磺酸)聚合物。所述溶解导电高分子的溶剂为水，质量分数为85-98％。

进一步地，所述步骤(1)中小分子调节剂为二甲亚砜，浓度为2-5％。

进一步地，所述步骤(2)中凝固浴为异丙醇和二甲亚砜，所述体积比为9:1。

进一步地，所述步骤(4)中液体基质为水和甘油混合液，水和甘油混合液比例1:20-20:1。改变水和甘油的摩尔比例，可以获得模量从几十千帕到几兆帕的纤维电极。

进一步地，所述步骤(4)中纤维电极在液体基质中浸泡时间为1-4小时。导电纤维模量可以通过改变液体基质和纳米纤维网络中所用高分子的溶度参数之差来调控。