一種基于液態(tài)金屬的植入式柔性神經(jīng)電極的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種基于液態(tài)金屬的植入式柔性神經(jīng)電極，包括封裝在柔性聚合物薄膜之間的液態(tài)金屬電路，柔性聚合物薄膜上還開設(shè)有與液態(tài)金屬電路連通的通孔，通孔中封裝有可導(dǎo)電的液態(tài)金屬封裝劑；所述的液態(tài)金屬封裝劑是摻雜液態(tài)金屬的聚合物薄膜成型劑。本實(shí)用新型實(shí)現(xiàn)了植入式神經(jīng)電極的完全柔性化，可代替?zhèn)鹘y(tǒng)的鉑金電極。本實(shí)用新型中采用的液態(tài)金屬具有良好的導(dǎo)電性，極佳的柔順性以及特有的流動(dòng)性，因此將其用于制造柔性生物電極具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。相比于傳統(tǒng)的剛性神經(jīng)電極，本實(shí)用新型所提出的液態(tài)金屬柔性電極具有更好的生物相容性。
【專利說明】
一種基于液態(tài)金屬的植入式柔性神經(jīng)電極
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實(shí)用新型屬于植入式神經(jīng)電極技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種基于液態(tài)金屬的植入式柔性神經(jīng)電極。
【背景技術(shù)】
[0002]神經(jīng)系統(tǒng)是人體必不可少的重要組成部分，承載著多種重要的生理功能。隨著在細(xì)胞和分子生物學(xué)領(lǐng)域認(rèn)識(shí)的加深，人們可以從不同的結(jié)構(gòu)水平對(duì)神經(jīng)系統(tǒng)進(jìn)行研究。神經(jīng)系統(tǒng)在人體內(nèi)起著至關(guān)重要的作用，因此無論是中樞神經(jīng)系統(tǒng)還是周圍神經(jīng)系統(tǒng)出現(xiàn)問題都會(huì)給人們的日常生活帶了非常嚴(yán)重的影響。神經(jīng)系統(tǒng)疾病有很多，常見的中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病有癲癇、阿爾茨海默病、帕金森病、藥物依賴、睡眠障礙、精神障礙等；周圍神經(jīng)系統(tǒng)常見的一般為神經(jīng)夾傷、神經(jīng)斷裂等疾病。
[0003]由于神經(jīng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜而且容易出現(xiàn)結(jié)構(gòu)或生理功能上的異常，因此很難通過自身的調(diào)節(jié)恢復(fù)健康。在神經(jīng)性疾病治療領(lǐng)域，可植入神經(jīng)假體是一種為研究和治療神經(jīng)性疾病而開發(fā)出的工程化產(chǎn)品。例如用于恢復(fù)失聰患者聽力的人工耳蝸、用于抑制帕金森癥的腦深部刺激裝置以及用于緩解疼痛的脊髓神經(jīng)調(diào)節(jié)裝置等。由上面提到的神經(jīng)性疾病的病因來看，神經(jīng)系統(tǒng)的異常放電是導(dǎo)致某些神經(jīng)性疾病的主要原因。目前有些研究人員采用電子、化學(xué)以及光學(xué)等方法用于對(duì)神經(jīng)系統(tǒng)放電現(xiàn)象的調(diào)控，從而開啟了一條治療神經(jīng)性疾病的新道路。此外，新材料的開發(fā)和利用也大大提高了神經(jīng)植入物的治療效果。
[0004]在中樞神經(jīng)系統(tǒng)植入物研究的過程中，人們發(fā)現(xiàn)直接將電極植入人體內(nèi)在短時(shí)間內(nèi)具有很好的使用效果，但是隨著時(shí)間的推移，電極會(huì)逐漸失去作用。有研究表明，造成這種現(xiàn)象的主要原因在于腦組織對(duì)植入物的免疫反應(yīng)。一方面是電極材料本身與腦組織之間存在免疫反應(yīng);另一方面是電極在插入腦部的過程中對(duì)腦組織造成機(jī)械性損傷。目前多通過在電極表面涂抹生物相容性材料以減緩免疫反應(yīng)。還有研究表明神經(jīng)植入電極的機(jī)械性能在一定程度上也會(huì)影響其生物相容性。因此，改變神經(jīng)電極的機(jī)械性能，使用與腦組織機(jī)械性能相似的神經(jīng)電極材料可以提高神經(jīng)電極的使用效果。
[0005]—般的金屬材料往往具有很高的熔點(diǎn)，而有些金屬材料，如汞在常溫下保持液體形態(tài)。雖然汞可以在常溫下保持液態(tài)，但是其毒性較強(qiáng)，不適合在人體內(nèi)應(yīng)用。與汞類似，鎵及其與銦和錫的合金具有較低的熔點(diǎn)。鎵銦錫合金具有較寬的液態(tài)溫度范圍，并且化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定。實(shí)驗(yàn)表明，將鎵銦錫合金暴露在20攝氏度空氣中，僅有微量的金屬被氧化。此外，金屬鎵在300到400攝氏度時(shí)具有一定的化學(xué)腐蝕性，而在常溫下這種腐蝕作用非常小。金屬鎵不能溶解于水中，因此鎵不易通過皮膚被吸收。除金屬鎵外，銦和錫元素的生物相容性也可從臨床研究中推斷出來。實(shí)際上，鎵銦錫合金曾經(jīng)被用作牙科填充材料。金屬錫常制成容器盛裝食物，其無機(jī)化合物不易被人體吸收。
[0006]由于液態(tài)金屬的熔點(diǎn)較低，因此同時(shí)具有金屬的導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性和放射成像能力以及液體所具有的流動(dòng)性和順應(yīng)性。液態(tài)金屬這種獨(dú)特的性質(zhì)，使其在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本實(shí)用新型解決的問題在于提供一種基于液態(tài)金屬的植入式柔性神經(jīng)電極，具有與生物組織相似的力學(xué)特性，使得該種植入物具有較小的免疫反應(yīng)，可以提高植入物的生物相容性。
[0008]本實(shí)用新型是通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn):
[0009]一種基于液態(tài)金屬的植入式柔性神經(jīng)電極，包括封裝在柔性聚合物薄膜之間的液態(tài)金屬電路，柔性聚合物薄膜上還開設(shè)有與液態(tài)金屬電路連通的通孔，通孔中封裝有可導(dǎo)電的液態(tài)金屬封裝劑。
[0010]所述的柔性聚合物薄膜是依賴于模具經(jīng)變性成型，具有模具所提供的平面結(jié)構(gòu)或三維結(jié)構(gòu);液態(tài)金屬電路由液態(tài)金屬噴涂掩膜板成型，具有掩膜板所提供的電路結(jié)構(gòu)。
[0011]所述的液態(tài)金屬電路包括電極端、液態(tài)金屬導(dǎo)線和外部接口端，電極端與通孔位置相對(duì)應(yīng)，外部接口端分布在柔性聚合物薄膜的一側(cè)，具有與外部電路相匹配的端口。
[0012]所述的電極端呈陣列分布在柔性聚合物薄膜上，每個(gè)電極端通過一條液態(tài)金屬導(dǎo)線與外部接口端相連接;液態(tài)金屬導(dǎo)線平行設(shè)置，間距相等或不等；
[0013]或者，柔性聚合物薄膜上設(shè)有單一的電極端，電極端通過液態(tài)金屬導(dǎo)線與外部接口端相連接。
[0014]根據(jù)液態(tài)金屬電路中的電極端的分布，所述的植入式柔性神經(jīng)電極包括陣列式中樞神經(jīng)系統(tǒng)植入電極和袖口式外周神經(jīng)系統(tǒng)植入電極。
[0015]所述的陣列式中樞神經(jīng)系統(tǒng)植入電極，包括相互貼合的下層聚合物薄膜和上層聚合物薄膜、以及夾持其間的液態(tài)金屬電路，下層聚合物薄膜上設(shè)有呈陣列排列的電極端，電極端通過液態(tài)金屬導(dǎo)線與設(shè)置在另一端的外部接口端相連，液態(tài)金屬導(dǎo)線之間相互平行；上層聚合物薄膜上開設(shè)有與電極端一一對(duì)應(yīng)的通孔，其中封裝有液態(tài)金屬封裝劑。
[0016]所述的袖口式外周神經(jīng)系統(tǒng)植入電極，包括相互貼合的下層聚合物薄膜和上層聚合物薄膜、以及夾持其間的液態(tài)金屬電路，下層聚合物薄膜、上層聚合物薄膜彎折或曲折成具有三維空間的結(jié)構(gòu)；
[0017]下層聚合物薄膜上設(shè)有單一電極端，電極端通過液態(tài)金屬導(dǎo)線與設(shè)置在另一端的外部接口端相連;上層聚合物薄膜上開設(shè)有與電極端位置相對(duì)應(yīng)的通孔，其中封裝有液態(tài)金屬封裝劑。
[0018]所述的陣列式中樞神經(jīng)系統(tǒng)植入電極中，下層聚合物薄膜、上層聚合物薄膜均為透明的長(zhǎng)方形狀薄膜，其厚度為微米級(jí)；
[0019]所述的袖口式外周神經(jīng)系統(tǒng)植入電極中，下層聚合物薄膜、上層聚合物薄膜，前段均為長(zhǎng)方形狀薄膜彎折而成的細(xì)長(zhǎng)圓弧，后端均為長(zhǎng)條形薄膜。
[0020]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型具有以下有益的技術(shù)效果:
[0021]本實(shí)用新型提供的基于液態(tài)金屬的植入式柔性神經(jīng)電極，其采用液態(tài)金屬作為電信號(hào)傳導(dǎo)載體，采用柔性聚合物薄膜進(jìn)行封裝，采用液態(tài)金屬噴涂技術(shù)制作，實(shí)現(xiàn)了植入式神經(jīng)電極的完全柔性化，可代替?zhèn)鹘y(tǒng)的鉑金電極。本實(shí)用新型中采用的液態(tài)金屬具有良好的導(dǎo)電性，極佳的柔順性以及特有的流動(dòng)性，因此將其用于制造柔性生物電極具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。相比于傳統(tǒng)的剛性神經(jīng)電極，本實(shí)用新型所提出的液態(tài)金屬柔性電極具有更好的生物相容性。
[0022]本實(shí)用新型使用柔性聚合薄膜封裝的液態(tài)金屬電路具有良好的力學(xué)性質(zhì)，與生物組織接觸的液態(tài)金屬硅膠復(fù)合物具有良好的導(dǎo)電性和生物相容性，且該材料凝固后呈膠狀，可以防止液態(tài)金屬泄露。柔性神經(jīng)電極的柔順性和應(yīng)力應(yīng)變特性取決于封裝材料的特性，本實(shí)用新型采用的這種柔性電極作為神經(jīng)植入物植入到生物體內(nèi)具有與生物組織相似的力學(xué)特性，使得該種植入物具有較小的免疫反應(yīng)，因而可以在生物體內(nèi)長(zhǎng)時(shí)間發(fā)揮作用。
[0023]本實(shí)用新型提供的基于液態(tài)金屬的植入式柔性神經(jīng)電極制備方法，其柔性聚合物薄膜采用液態(tài)平鋪或灌注、加熱凝固的方式來制備，而液態(tài)金屬電路的制備采用金屬液態(tài)噴涂的方式來完成，工藝簡(jiǎn)單有效，便于操作；而且適應(yīng)性好，既可以用于制作陣列式的中樞神經(jīng)系統(tǒng)植入電極，也可以用于制作外周神經(jīng)刺激電極。進(jìn)一步的，對(duì)于不同應(yīng)用場(chǎng)合，柔性神經(jīng)植入電極的具體尺寸和形狀可以做出相應(yīng)的調(diào)整;通過對(duì)柔性材料組成、液態(tài)金屬、模型形狀的改變，就能夠滿足不同柔順性、環(huán)境溫度和導(dǎo)電要求的不同需要，結(jié)合模型3D打印制作和液態(tài)金屬電路掩模板的指定化設(shè)計(jì)，能夠進(jìn)一步滿足個(gè)性化植入式電極的需求。
【附圖說明】
[0024]圖1-1是陣列式中樞神經(jīng)電極的整體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0025]圖1-2是袖口式的外周神經(jīng)電極的整體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0026]圖2是陣列式中樞神經(jīng)電極的各組成部分的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0027]圖3是陣列式中樞神經(jīng)電極的加工過程示意圖；
[0028]圖4是袖口式的外周神經(jīng)電極的各組成部分的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0029]圖5是袖口式的外周神經(jīng)電極的加工過程示意圖；
[0030]圖6是液態(tài)金屬硅膠復(fù)合物的加工過程示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0031]下面結(jié)合具體的實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型做進(jìn)一步的詳細(xì)說明，所述是對(duì)本實(shí)用新型的解釋而不是限定。
[0032]參見圖1-1、圖1-2，本實(shí)用新型提供的基于液態(tài)金屬的植入式柔性神經(jīng)電極，包括封裝在柔性聚合物薄膜3之間的液態(tài)金屬電路4，柔性聚合物薄膜3上還開設(shè)有與液態(tài)金屬電路4連通的通孔，通孔中封裝有可導(dǎo)電的液態(tài)金屬封裝劑5;所述的液態(tài)金屬封裝劑是摻雜液態(tài)金屬的聚合物薄膜成型劑。
[0033]所述的柔性聚合物薄膜3是依賴于模具經(jīng)變性成型，具有模具所提供的平面結(jié)構(gòu)或三維結(jié)構(gòu);液態(tài)金屬電路4由液態(tài)金屬噴涂掩膜板成型，具有掩膜板所提供的電路結(jié)構(gòu)。
[0034]根據(jù)液態(tài)金屬電路4中的電極端的分布，所述的植入式柔性神經(jīng)電極包括陣列式中樞神經(jīng)系統(tǒng)植入電極(參見圖1-1)和袖口式外周神經(jīng)系統(tǒng)植入電極(參見圖1-2)。
[0035]參見圖2，所述的液態(tài)金屬電路4包括電極端2f、液態(tài)金屬導(dǎo)線2g和外部接口端2h，電極端2f與通孔位置相對(duì)應(yīng)，外部接口端2h分布在柔性聚合物薄膜3的一側(cè)，具有與外部電路相匹配的端口。
[0036]所述的陣列式中樞神經(jīng)系統(tǒng)植入電極，包括相互貼合的下層聚合物薄膜和上層聚合物薄膜、以及夾持其間的液態(tài)金屬電路，下層聚合物薄膜上設(shè)有呈陣列排列的電極端，電極端通過液態(tài)金屬導(dǎo)線與設(shè)置在另一端的外部接口端相連，液態(tài)金屬導(dǎo)線之間相互平行；上層聚合物薄膜上開設(shè)有與電極端一一對(duì)應(yīng)的通孔，其中封裝有液態(tài)金屬封裝劑5。陣列式中樞神經(jīng)系統(tǒng)植入電極中，下層聚合物薄膜、上層聚合物薄膜均為透明的長(zhǎng)方形狀薄膜，其厚度為微米級(jí)。
[0037]所述的袖口式外周神經(jīng)系統(tǒng)植入電極，包括相互貼合的下層聚合物薄膜和上層聚合物薄膜、以及夾持其間的液態(tài)金屬電路，下層聚合物薄膜、上層聚合物薄膜彎折或曲折成具有三維空間的結(jié)構(gòu)；
[0038]下層聚合物薄膜上設(shè)有單一電極端，電極端通過液態(tài)金屬導(dǎo)線與設(shè)置在另一端的外部接口端相連;上層聚合物薄膜上開設(shè)有與電極端位置相對(duì)應(yīng)的通孔，其中封裝有液態(tài)金屬封裝劑5。
[0039]所述的袖口式外周神經(jīng)系統(tǒng)植入電極中，其下層聚合物薄膜、上層聚合物薄膜，前段均為長(zhǎng)方形狀薄膜彎折而成的細(xì)長(zhǎng)圓弧，后端均為長(zhǎng)條形薄膜。
[0040]所述的液態(tài)金屬電路4是由常溫下保持液體形態(tài)的液態(tài)金屬噴涂成型;所述的柔性聚合物薄膜3是由聚合物薄膜成型劑在模具中經(jīng)加熱聚合而成型，所述的聚合物薄膜成型劑是聚合物反應(yīng)液與固化劑的混合液。
[0041]本實(shí)用新型提供的基于液態(tài)金屬的植入式柔性神經(jīng)電極的制備方法，包括以下操作:
[0042]I)將聚合物反應(yīng)液與固化劑以5?15:1的質(zhì)量比混合得到聚合物薄膜成型劑，然后將其均勻涂抹在模具表面或者灌注在模具內(nèi)，加熱條件下使聚合物薄膜成型劑凝固，得到柔性聚合物薄膜；
[0043]2)將掩膜板覆蓋在柔性聚合物薄膜上，使用液態(tài)金屬噴槍將液態(tài)金屬均勻噴涂在柔性聚合物薄膜上;然后掩膜板取下，將掩膜板外多余的液態(tài)金屬微液滴清洗干凈，柔性聚合物薄膜上的液態(tài)金屬電路制作完成；
[0044]3)使用打孔器在另一柔性聚合物薄膜上打出與液態(tài)金屬電路的電極端位置相對(duì)應(yīng)的通孔，然后將該柔性聚合物薄膜與噴涂了液態(tài)金屬的柔性聚合物薄膜緊密粘合；
[0045]4)將液態(tài)金屬與聚合物薄膜成型劑攪拌均勻，使液態(tài)金屬微滴均勻分布在聚合物薄膜成型中，得到液態(tài)金屬封裝劑，然后將其灌注在通孔中，加熱使其凝固完成封裝。
[0046]下面結(jié)合具體的實(shí)施例來進(jìn)行說明。
[0047]實(shí)施例1
[0048]參見圖1-1、圖2所示，陣列式中樞神經(jīng)電極I主要由柔性聚合物薄膜3、液態(tài)金屬電路4以及液態(tài)金屬硅膠復(fù)合物5三部分組成。柔性聚合物薄膜3整體形狀為長(zhǎng)3cm，寬2cm的長(zhǎng)方形，分為上下兩層:下層為100微米厚的聚合物薄膜;上層為100微米厚的聚合物薄膜，其上均勻分布著25個(gè)直徑為500微米的通孔。液態(tài)金屬電路4位于上下兩層聚合物薄膜中間，液態(tài)金屬電路的25個(gè)電極端點(diǎn)分別與上層薄膜的通孔一一對(duì)應(yīng)，電路線另一側(cè)的25個(gè)端點(diǎn)全部分布在聚合物薄膜一側(cè)形成接口端，便于與外部的電路接口進(jìn)行連接。液態(tài)金屬硅膠復(fù)合物5灌注到聚合物薄膜上的25個(gè)通孔中。該復(fù)合物為固態(tài)膠狀物，可以對(duì)液態(tài)金屬電路進(jìn)行封裝，防止泄露;其中摻雜的液態(tài)金屬微滴使其具有一定的導(dǎo)電能力，因此可以作為電極與生物組織直接接觸。
[0049]參考圖2，陣列式中樞神經(jīng)電極的下層為下層柔性聚合物薄膜2a，厚度為100微米左右；中間為液態(tài)金屬電路2b，包括電極端2f、液態(tài)金屬導(dǎo)線2g和外部接口端2h;表層為上層柔性聚合物薄膜2c，厚度在100微米左右，在其表面分布著5 X 5的通孔2d。通孔2d直徑為500微米，彼此相距3mm。通孔2d內(nèi)部填充液態(tài)金屬娃膠復(fù)合物2e，對(duì)液態(tài)金屬電極進(jìn)行進(jìn)一步封裝。
[0050]實(shí)施例2
[0051]參見圖1-2、圖4，袖口式的外周神經(jīng)電極的結(jié)構(gòu)與陣列式中樞神經(jīng)電極I相似，主要由柔性聚合物薄膜3、液態(tài)金屬電路4以及液態(tài)金屬硅膠復(fù)合物5三部分組成。柔性聚合物薄膜3具有三維空間結(jié)構(gòu)，其前段是寬4mm，長(zhǎng)Icm的長(zhǎng)方形薄膜彎折而成的細(xì)長(zhǎng)圓弧，后段為寬2mm，長(zhǎng)5cm的長(zhǎng)條形薄膜。柔性聚合物薄膜3同樣分為上下兩層，下層為100微米厚的聚合物薄膜;上層為100微米厚的聚合物薄膜。在上層薄膜的前段分布著一個(gè)直徑為500微米的通孔。液態(tài)金屬電路4位于上下兩層聚合物薄膜中間，電路的電極端點(diǎn)與上層薄膜在其前段的通孔相對(duì)應(yīng)。與陣列式中樞神經(jīng)電極I相同，將液態(tài)金屬硅膠復(fù)合物5灌注在通孔中，進(jìn)行封裝。
[0052]參考圖4，袖口式的外周神經(jīng)電極的下層為袖口下層柔性聚合物薄膜4a，厚度為100微米，分為前后兩段:前段是寬4mm，長(zhǎng)Icm的長(zhǎng)方形薄膜彎折而成的細(xì)長(zhǎng)圓弧，后段為寬2mm，長(zhǎng)5cm的長(zhǎng)條形薄膜；中間為袖口液態(tài)金屬電路4b，粘附在下層聚合物薄膜上;表層同樣為100微米厚的袖口柔性聚合物薄膜4c，形狀與袖口上層柔性聚合物薄膜4a相同，其表面分布著一個(gè)直徑為200微米的通孔4d，與液態(tài)金屬電路的一個(gè)端點(diǎn)對(duì)應(yīng)，通孔4d內(nèi)部填充袖口液態(tài)金屬硅膠復(fù)合物4e。
[0053]所述的液態(tài)金屬為鎵銦合金，不同的含量配比可以得到不同熔點(diǎn)和導(dǎo)電性能的液態(tài)金屬合金。具體的，本實(shí)用新型中所選用的鎵銦合金，由75.5 %的鎵和24.5 %的銦組成。該鎵銦合金的熔點(diǎn)為10.35°C，在常溫下處于液態(tài)，可用于液態(tài)金屬柔性電路的制備。
[0054]所述的柔性聚合物薄膜可以使用硅膠或聚二甲基硅氧烷(PDMS)等彈性高分子材料。此類高分子聚合物材料具有很好的柔韌性，施加外力可以產(chǎn)生較大范圍的拉伸變形，而且制作過程比較簡(jiǎn)單，是設(shè)計(jì)柔性機(jī)器人的常用材料。具體的，本實(shí)用新型使用的聚合物薄膜采用Dow Corning公司生產(chǎn)的PDMS材料。將PDMS(娃橡膠預(yù)聚物SyIgard 184)與固化劑(Dow Corning，USA)以10:1的質(zhì)量比混合，在75°C的環(huán)境中加熱一小時(shí)即可凝固。
[0055]實(shí)施例3
[0056]參考圖3，陣列式中樞神經(jīng)電極的加工過程，采用液態(tài)金屬噴涂技術(shù)制備液態(tài)金屬柔性電極。該方法簡(jiǎn)單易行，且對(duì)PDMS薄膜的厚度沒有嚴(yán)格的要求。具體包括以下操作:
[0057]首先，將PDMS與硅膠固化劑以10:1的質(zhì)量比混合均勻，隨后將混合液3a均勻涂抹在玻璃3b表面，置于75°C的加熱箱中加熱一小時(shí)；當(dāng)PDMS凝固后將其取出，將塑料或金屬掩膜板3c置于PDMS薄膜之上，隨后使用液態(tài)金屬噴槍3d將液態(tài)金屬均勻噴涂在PDMS薄膜上；將掩膜板3c取下，使用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為75%的酒精或lmol/L的氫氧化鈉溶液將掩膜板3c外多余的液態(tài)金屬微液滴清洗干凈；將PDMS混合液3a均勻涂抹在另一塊玻璃板3b上，然后將其放置在75°C的加熱箱中加熱一小時(shí)，制作出上層柔性聚合物薄膜;使用直徑為500微米的打孔器在上層聚合物薄膜上打出5X5的通孔陣列3e，該通孔與液態(tài)金屬電路的端點(diǎn)一一對(duì)應(yīng)；將上層柔性聚合物薄膜和噴涂了液態(tài)金屬的下層柔性聚合物薄膜貼合在一起，使用等離子鍵合的方法使兩層聚合物薄膜緊密地粘合在一起。
[0058]等離子鍵合的操作方法:將上層柔性聚合物薄膜和噴涂了液態(tài)金屬的下層柔性聚合物薄膜貼合在一起，放入PDMS芯片等離子鍵合機(jī)(型號(hào)為GPC-102A)中。首先對(duì)等離子鍵合機(jī)的腔體進(jìn)行抽真空處理;之后使用氧氣反復(fù)沖洗，排除其余氣體;關(guān)閉氧氣流，把真空腔抽真空到真空度(氧氣壓力)為13.3?40Pa;加高壓1400?2000V使真空腔內(nèi)的氧氣起輝，對(duì)PDMS基片表面進(jìn)行氧等離子體轟擊，即可完成對(duì)PDMS基片的鍵合。
[0059]實(shí)施例4
[0060]參考圖5，袖口式的外周神經(jīng)電極的加工過程，具體包括以下操作:
[0061]由于袖口式外周神經(jīng)電極具有三維結(jié)構(gòu)，因此需要定做三維模具，灌注出特定形狀的聚合物薄膜。本實(shí)用新型采用3D打印技術(shù)制作出的三維模具5a，將PDMS與硅膠固化劑以10:1的質(zhì)量比混合均勻，隨后將混合液5b灌注進(jìn)三維模具5a中，置于75°C的加熱箱中加熱一小時(shí)；當(dāng)PDMS凝固后將其取出，即為下層柔性聚合物薄膜;將塑料或金屬掩膜板5c置于PDMS之上，隨后使用液態(tài)金屬噴槍5d將液態(tài)金屬均勻噴涂在PDMS薄膜上;將掩膜板取下，使用酒精或氫氧化鈉溶液將掩膜板外多余的液態(tài)金屬微液滴清洗干凈;上層柔性聚合物薄膜同樣使用三維模具5a灌注出相同形狀，之后使用直徑為500微米的打孔器在上層聚合物薄膜上打出一個(gè)通孔5e，該通孔與液態(tài)金屬電路的一個(gè)端點(diǎn)對(duì)應(yīng);將上層柔性聚合物薄膜和噴涂了液態(tài)金屬的下層柔性聚合物薄膜貼合在一起，使用等離子鍵合的方法使兩層聚合物薄膜緊密地粘合在一起。
[0062]實(shí)施例5
[0063]參考圖6，液態(tài)金屬硅膠復(fù)合物的加工及封裝，具體包括以下操作:
[0064]本實(shí)用新型使用的液態(tài)金屬硅膠復(fù)合物主要由液態(tài)金屬和PDMS聚合物兩部分組成。將PDMS與硅膠固化劑以10:1的質(zhì)量比混合均勻，制成混合液6a;使用液態(tài)金屬噴槍6b將液態(tài)金屬微滴噴涂在混合液的表面，隨后使用玻璃棒將液態(tài)金屬和PDMS混合液攪拌均勻，使液態(tài)金屬微滴均勻分布在PDMS混合液中；將均勻混合了液態(tài)金屬微滴的PDMS膠體6c灌注在神經(jīng)電極的通孔中，即可實(shí)現(xiàn)對(duì)液態(tài)金屬的封裝。
[0065]以上給出的實(shí)施例是實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型較優(yōu)的例子，本實(shí)用新型不限于上述實(shí)施例。本領(lǐng)域的技術(shù)人員根據(jù)本實(shí)用新型技術(shù)方案的技術(shù)特征所做出的任何非本質(zhì)的添加、替換，均屬于本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種基于液態(tài)金屬的植入式柔性神經(jīng)電極，其特征在于，包括封裝在柔性聚合物薄膜(3)之間的液態(tài)金屬電路(4)，柔性聚合物薄膜(3)上還開設(shè)有與液態(tài)金屬電路(4)連通的通孔，通孔中封裝有可導(dǎo)電的液態(tài)金屬封裝劑(5)。2.如權(quán)利要求1所述的基于液態(tài)金屬的植入式柔性神經(jīng)電極，其特征在于，所述的柔性聚合物薄膜(3)是依賴于模具經(jīng)變性成型，具有模具所提供的平面結(jié)構(gòu)或三維結(jié)構(gòu);液態(tài)金屬電路(4)由液態(tài)金屬噴涂掩膜板成型，具有掩膜板所提供的電路結(jié)構(gòu)。3.如權(quán)利要求1所述的基于液態(tài)金屬的植入式柔性神經(jīng)電極，其特征在于，所述的液態(tài)金屬電路(4)包括電極端(2f)、液態(tài)金屬導(dǎo)線(2g)和外部接口端(2h)，電極端(2f)與通孔位置相對(duì)應(yīng)，外部接口端(2h)分布在柔性聚合物薄膜(3)的一側(cè)，具有與外部電路相匹配的端□ O4.如權(quán)利要求3所述的基于液態(tài)金屬的植入式柔性神經(jīng)電極，其特征在于，所述的電極端(2f)呈陣列分布在柔性聚合物薄膜(3)上，每個(gè)電極端(2f)通過一條液態(tài)金屬導(dǎo)線(2g)與外部接口端(2h)相連接;液態(tài)金屬導(dǎo)線(2g)平行設(shè)置，間距相等或不等； 或者，柔性聚合物薄膜(3)上設(shè)有單一的電極端(2f)，電極端(2f)通過液態(tài)金屬導(dǎo)線(2g)與外部接口端(2h)相連接。5.如權(quán)利要求1或3所述的基于液態(tài)金屬的植入式柔性神經(jīng)電極，其特征在于，根據(jù)液態(tài)金屬電路(4)中的電極端的分布，所述的植入式柔性神經(jīng)電極包括陣列式中樞神經(jīng)系統(tǒng)植入電極和袖口式外周神經(jīng)系統(tǒng)植入電極。6.如權(quán)利要求5所述的基于液態(tài)金屬的植入式柔性神經(jīng)電極，其特征在于，所述的陣列式中樞神經(jīng)系統(tǒng)植入電極，包括相互貼合的下層聚合物薄膜和上層聚合物薄膜、以及夾持其間的液態(tài)金屬電路，下層聚合物薄膜上設(shè)有呈陣列排列的電極端，電極端通過液態(tài)金屬導(dǎo)線與設(shè)置在另一端的外部接口端相連，液態(tài)金屬導(dǎo)線之間相互平行;上層聚合物薄膜上開設(shè)有與電極端一一對(duì)應(yīng)的通孔，其中封裝有液態(tài)金屬封裝劑(5)。7.如權(quán)利要求6所述的基于液態(tài)金屬的植入式柔性神經(jīng)電極，其特征在于，所述的袖口式外周神經(jīng)系統(tǒng)植入電極，包括相互貼合的下層聚合物薄膜和上層聚合物薄膜、以及夾持其間的液態(tài)金屬電路，下層聚合物薄膜、上層聚合物薄膜彎折或曲折成具有三維空間的結(jié)構(gòu)； 下層聚合物薄膜上設(shè)有單一電極端，電極端通過液態(tài)金屬導(dǎo)線與設(shè)置在另一端的外部接口端相連;上層聚合物薄膜上開設(shè)有與電極端位置相對(duì)應(yīng)的通孔，其中封裝有液態(tài)金屬封裝劑(5)。8.如權(quán)利要求5所述的基于液態(tài)金屬的植入式柔性神經(jīng)電極，其特征在于，所述的陣列式中樞神經(jīng)系統(tǒng)植入電極中，下層聚合物薄膜、上層聚合物薄膜均為透明的長(zhǎng)方形狀薄膜，其厚度為微米級(jí)； 所述的袖口式外周神經(jīng)系統(tǒng)植入電極中，其下層聚合物薄膜、上層聚合物薄膜，前段均為長(zhǎng)方形狀薄膜彎折而成的細(xì)長(zhǎng)圓弧，后端均為長(zhǎng)條形薄膜。
【文檔編號(hào)】A61N1/05GK205683398SQ201620354495
【公開日】2016年11月16日
【申請(qǐng)日】2016年4月25日 公開號(hào)201620354495.2, CN 201620354495, CN 205683398 U, CN 205683398U, CN-U-205683398, CN201620354495, CN201620354495.2, CN205683398 U, CN205683398U
【發(fā)明人】國(guó)瑞, 盛磊, 劉靜
【申請(qǐng)人】清華大學(xué)