[发明专利]一种具有神经元细胞选择性粘附结构的抗信号衰减脑深部刺激电极

说明书

本发明涉及一种具有神经元细胞选择性粘附结构的抗信号衰减脑深部刺激电极，该脑深部刺激电极具有第一亲水仿生拓扑结构及第二仿生拓扑结构，所述第一亲水仿生拓扑结构制在电极位点的表面，选择性粘附神经元细胞；所述第二仿生拓扑结构制在所述电极位点附近的绝缘层表面，选择性粘附星型胶质细胞。本发明通过在脑深部刺激电极位点及其周围分别加工不同细胞适宜粘附的微纳复合结构，可以有效改善电极位点表面的亲水性，促进神经元细胞的粘附和增殖，同时诱导胶质细胞往电极位点外粘附，进一步降低胶质细胞在电极位点表面增生造成的信号衰减，并有效提高植入脑深部刺激电极的信号质量。

技术领域

本发明属于植入式医疗器械领域，特别涉及一种具有神经元细胞选择性粘附结构的抗信号衰减脑深部刺激电极。

背景技术

植入式脑神经电极由于其高的时间分辨率和空间分辨率，可对单个神经元的电活动进行记录，在脑环路研究、神经假体研究和脑机接口研究等领域具有重要的应用前景。目前，采用微纳米加工工艺加工的植入式神经电极多是基于硅材料，如记录较深部核团中不同层神经元电活动的密西根电极和记录大范围皮层脑电信号的犹他州电极。当这类刚性电极植入大脑后，由于力学性能的不匹配，容易造成大脑组织的损坏，使神经电极无法与脑组织之间形成密切的界面。此外，由于人体运动和呼吸引起脑组织的微移动会造成大脑组织与刚性电极之间产生摩擦，引起大脑的免疫反应，使得胶质细胞等细胞包裹电极周围，从而阻断神经电极与神经元之间的电信号传输，造成电极失效。

为了保障电极的长期使用，以及电信号的高质量获取，柔性神经电极的研究得到了快速的发展。CN202011504369.8公开了一种柔性磁兼容的植入式脑电极阵列，虽然该脑电极阵列采用双面电极阵列排布、易植入、柔性、记录信号质量高，但电极位点与组织仍为常规接触，植入后仍无法解决组织包裹问题。为此，如何构建一个长期稳定使用的电极与组织界面是十分重要的。CN111939467A通过在硅片基底上电镀聚吡咯薄膜来获得一种低阻抗的柔性PDMS基聚合物植入式神经电极，虽在电极表面得到了柔性且低导电阻薄膜，但聚吡咯本身属脆性材料，在后续处理过程中易出现脱层现象。CN111330148A公开了一种分层制造的可植入式柔性神经电极，其在导电层表面进行图案化处理后滴加水溶性石墨烯并增加固化水凝胶，提高导电性的同时完成表面亲水性改进。然而，由于大脑的特殊性，临床上对于植入体的要求是十分严格的，对电极位点的要求仍为惰性金属。

因此，如何制备一种能够促进电荷的传输，具有良好亲水性，最小化炎症反应和胶质细胞增生的电极界面，成为亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种具有神经元细胞选择性粘附结构的抗信号衰减脑深部刺激电极，具有能够促进电荷的传输，具有良好亲水性，最小化炎症反应和胶质细胞增生的电极界面。

本发明提供了一种具有神经元细胞选择性粘附结构的抗信号衰减脑深部刺激电极，所述脑深部刺激电极为植入式电极，具有多个电极位点，包括：

第一亲水仿生拓扑结构，所述第一亲水仿生拓扑结构制在电极位点的表面，所述第一亲水仿生拓扑结构选择性粘附神经元细胞；

第二仿生拓扑结构，所述第二仿生拓扑结构制在所述电极位点附近的绝缘层表面，所述第二仿生拓扑结构选择性粘附星型胶质细胞。

进一步地，所述第一亲水仿生拓扑结构由多个宽50-600nm、高60-250nm的长条形凸起和直径50-360nm的金属氧化物纳米颗粒组成。长条形凸起优选宽500-550nm、高100-150nm。颗粒直径优选50-100nm。

进一步地，所述第二仿生拓扑结构由宽550-800nm，高350-500nm的竹节状、螺旋状、斑点状、线条状凸起阵列组成。优选宽600-650nm、高400-450nm。