包括納米線和支撐層的神經(jīng)元件的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種包括納米線和支撐層的神經(jīng)裝置。所提供的神經(jīng)裝置包括襯底，一根或更多根納米線，每根納米線的一端固定在襯底上并在垂直方向上延伸，納米線插入到神經(jīng)中以從神經(jīng)纖維獲取電信號(hào)或?qū)㈦娦盘?hào)施加到神經(jīng)纖維；以及支撐層，該支撐層布置在襯底上以部分地覆蓋納米線和支撐納米線。
【專利說明】包括納米線和支撐層的神經(jīng)元件
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及包括發(fā)送和接收電信號(hào)的納米線的智能神經(jīng)裝置，更具體地涉及由于納米線被絕緣材料等包圍和支撐而改善諸如耐久性的物理性質(zhì)的神經(jīng)裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]在解剖學(xué)中，神經(jīng)是能清晰可見的細(xì)長結(jié)構(gòu)，并且從組織學(xué)來看，神經(jīng)包括多個(gè)神經(jīng)束。同時(shí)，神經(jīng)束是多個(gè)神經(jīng)纖維的集合。神經(jīng)纖維是指神經(jīng)元中的軸突的部分，且由于軸突具有優(yōu)良的細(xì)長纖維形狀而被稱為神經(jīng)纖維。諸如軸突的各種術(shù)語用來指代神經(jīng)纖維。
[0003]所有神經(jīng)纖維被神經(jīng)內(nèi)膜(即軟結(jié)締組織)包圍，神經(jīng)束由神經(jīng)束膜包圍，神經(jīng)(gp多束神經(jīng)束)被神經(jīng)外膜包圍。所有這些膜被設(shè)置用于保護(hù)神經(jīng)，其中僅有神經(jīng)外膜可用肉眼區(qū)分開。
[0004]一般來說，人體的肌肉是依據(jù)從神經(jīng)提供的電刺激來工作。因此，當(dāng)出現(xiàn)面部肌肉異常時(shí)，可能需要治療連接到相應(yīng)肌肉的神經(jīng)。
[0005]當(dāng)出現(xiàn)面部神經(jīng)或喉部神經(jīng)異常時(shí)，采用諸如藥物、外科手術(shù)等治療。在這種情況下，患者接受相應(yīng)部位的局部按摩以便在受損神經(jīng)恢復(fù)的過程中，通過刺激末梢神經(jīng)來刺激受損肌肉，進(jìn)而預(yù)防肌肉萎縮。
[0006]即，在對(duì)肌肉的刺激由于面部或喉部神經(jīng)癱瘓的患者的手術(shù)等而受到阻礙時(shí)，因?yàn)橄鄳?yīng)肌肉可能受到損傷而造成永久性肌肉損傷或癱瘓，已提出了按摩與相應(yīng)的神經(jīng)系統(tǒng)相關(guān)的肌肉或者從外部提供電刺激等的方法。
[0007]同時(shí)，已提出了配置為插入到人體以提供物理刺激或獲取人體中的某一數(shù)值的信息的常規(guī)裝置，以及包括提供或檢測(cè)用于神經(jīng)的電刺激的電極的常規(guī)裝置描述為如下。
[0008]首先，常規(guī)上已經(jīng)提出了基于金屬-氧化物-半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管(metal-oxi de-semi conductor field effect transistor, MOSFET)的檢測(cè)神經(jīng)電信號(hào)的裝置。該相關(guān)技術(shù)是利用MOSFET器件的選通來監(jiān)測(cè)依賴于外部刺激的膜電容變化的技術(shù)，并且是一種同時(shí)監(jiān)測(cè)各種神經(jīng)反應(yīng)的技術(shù)。該相關(guān)技術(shù)已經(jīng)應(yīng)用到通過使用由聚酰亞胺制成的柵欄來固定P-MOSFET周圍的蝸牛神經(jīng)元的位置并培養(yǎng)它們使其具有限制的活動(dòng)性來檢測(cè)神經(jīng)信號(hào)的方法(Zeck 等，Noninvasive neuroelectric interfacing withsynaptically connected snail neurons immobilized on a semiconductor chip,ProcNat Acad Sci2001;98)。
[0009]其次，已經(jīng)提出了一種檢測(cè)腦干或神經(jīng)纖維的電剌激的技術(shù)。自2000年以來，猶他大學(xué)(美國)的諾曼團(tuán)隊(duì)和Cyberkinetics公司已經(jīng)進(jìn)行通過將多個(gè)電極直接插入神經(jīng)和大腦中來測(cè)量電信號(hào)并剌激神經(jīng)的研究(Normann等，Long-Term Stimulation andRecording With a Penetrating Microelectrode Array in Cat Sciatic Nerve, IEEETransactions on Biomedical Engineering，VOL 51，N0.1，JANUARY2004)。
[0010]第三，已提出了一種在神經(jīng)纖維中插入篩電極的技術(shù)。通過Fraunhofer-1BMT (德國)、MTEK(德國)以及其它公司的共同研究，通過在神經(jīng)纖維中插入要被彎曲的篩電極并將電刺激施加到神經(jīng)纖維已經(jīng)研究出神經(jīng)的再生并且已經(jīng)嘗試對(duì)神經(jīng)信號(hào)進(jìn)行記錄(Anup等,Design, in vitro and in vivo assessment of a mult1-channel sieve electrodewith integrated multiplexer, J.Neural Eng.3 (2006) 114-24)。篩的總直徑與大鼠坐骨神經(jīng)的總直徑(1.5_)相同，以及直徑為40 μ m的571個(gè)孔以70 μ m的間隔設(shè)置在篩中。此外，環(huán)形的電極覆蓋27個(gè)孔且它們的面積為2200 μ m2。
[0011]在上述第一個(gè)相關(guān)技術(shù)的情況下，存在的問題是，MOSFET裝置的噪聲大，因此僅能夠測(cè)量到電信號(hào)的趨勢(shì)。此外，在上述第二個(gè)相關(guān)技術(shù)的情況下，存在的問題是，當(dāng)電極插入時(shí)，腦干或神經(jīng)元會(huì)被殺死。此外，在上述第三個(gè)相關(guān)技術(shù)中的篩電極插入時(shí)，電極之間會(huì)產(chǎn)生串?dāng)_，因此存在不能準(zhǔn)確地檢測(cè)電信號(hào)的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0012]技術(shù)問題
[0013]本發(fā)明旨在提供一種神經(jīng)裝置，該神經(jīng)裝置能夠通過在不殺死神經(jīng)纖維的前提下持續(xù)地對(duì)神經(jīng)系統(tǒng)提供電刺激并且從那里獲取電信號(hào)來解決肌肉受損的問題。
[0014]本發(fā)明旨在提供一種神經(jīng)裝置，該神經(jīng)裝置由于納米線被絕緣材料包圍和支撐而具有例如耐久性的改進(jìn)的物理性質(zhì)。
[0015]本發(fā)明旨在提供一種神經(jīng)裝置，該神經(jīng)裝置即使在部分神經(jīng)被切斷時(shí)也能夠通過彼此電連接多個(gè)處理模塊來發(fā)送和接收電信號(hào)或電刺激。
[0016]本發(fā) 明旨在提供一種使用納米線的貼片式神經(jīng)裝置，該神經(jīng)裝置能夠通過將納米線尖端附接到柔性襯底來在諸如大腦皮層的具有大面積的神經(jīng)系統(tǒng)上檢測(cè)或刺激神經(jīng)信號(hào)。
[0017]本發(fā)明旨在提供一種神經(jīng)裝置，該神經(jīng)裝置能夠使用袖口(cuff)來選擇特定的神經(jīng)束以刺激或檢測(cè)信號(hào)，其中袖口包括在內(nèi)側(cè)的基于納米線的探針并且可以比現(xiàn)有袖口小。
[0018]本發(fā)明旨在提供一種神經(jīng)裝置，其中納米線按照與處理模塊不同的方向設(shè)置，從而在插入到神經(jīng)時(shí)不會(huì)受到干擾。
[0019]本發(fā)明旨在提供一種神經(jīng)裝置，在該神經(jīng)裝置中，例如通過發(fā)送和接收電子信號(hào)的包括納米線的智能神經(jīng)裝置所獲取的電信號(hào)的數(shù)據(jù)被發(fā)送到外部通信模塊中，或者外部通信模塊所處理的數(shù)據(jù)再次被發(fā)送到內(nèi)部神經(jīng)裝置中。
[0020]技術(shù)方案
[0021]本發(fā)明的一方面提供一種神經(jīng)裝置，所述神經(jīng)裝置包括:襯底；至少一根納米線，納米線在其長度方向端處固定在襯底上，且插入到神經(jīng)中以從神經(jīng)纖維獲取電信號(hào)或?qū)㈦娦盘?hào)施加到神經(jīng)纖維；以及支撐層，所述支撐層形成在襯底上并且包圍和支撐至少一部分的納米線。
[0022]在本發(fā)明中，支撐層可以包括選自包括絕緣材料、生物相容性材料以及生物降解材料的組中的至少一種材料，以及也可以包括藥物。
[0023]本發(fā)明的另一方面提供了一種神經(jīng)裝置，所述神經(jīng)裝置包括:具有穿孔的襯底；包括具有多根納米線的至少一個(gè)單元電極部的電極部，所述納米線在其長度方向端處固定在襯底上，且插入到神經(jīng)中以從神經(jīng)纖維獲取電信號(hào)或?qū)㈦娦盘?hào)施加到神經(jīng)纖維；支撐層，所述支撐層形成在襯底上，且包圍并支撐至少一部分的納米線；以及處理模塊，所述處理模塊電連接到單元電極部中的每一個(gè)并控制從神經(jīng)纖維獲取的電信號(hào)或通過所述單元電極部施加到神經(jīng)纖維的電信號(hào)。
[0024]在本發(fā)明中，所述處理模塊可以包括與安裝在外部的外部通信模塊發(fā)送和接收數(shù)據(jù)的內(nèi)部通信模塊。在這種情況下，所述內(nèi)部通信模塊和外部通信模塊可以通過射頻(RF)或有線地發(fā)送和接收數(shù)據(jù)，且所述數(shù)據(jù)可以包括從神經(jīng)纖維獲取的電信號(hào)或者施加到神經(jīng)纖維的電刺激。
[0025]本發(fā)明的另一方面還提供了一種神經(jīng)裝置，該神經(jīng)裝置包括襯底；包括至少一根納米線的多個(gè)納米線模塊，所述納米線在其長度方向端處固定在襯底上且插入到神經(jīng)中以從神經(jīng)纖維獲取電信號(hào)或?qū)㈦娦盘?hào)施加到神經(jīng)纖維；支撐層，所述支撐層形成在襯底上并包圍和支撐至少一部分的納米線；以及處理模塊，所述處理模塊與所述多個(gè)納米線模塊電連接并且在選自多個(gè)納米線模塊中的納米線模塊之間發(fā)送和接收電信號(hào)或電刺激。
[0026]根據(jù)本發(fā)明，所述處理模塊可以處理從選自所述多個(gè)納米線模塊中的納米線模塊獲取的電信號(hào)，并將 電刺激施加到另一個(gè)納米線模塊上。
[0027]根據(jù)本發(fā)明，所述襯底可以是貼片式柔性襯底，以便附接到具有大面積的神經(jīng)系統(tǒng)。柔性襯底在附接到具有彎曲表面的神經(jīng)系統(tǒng)時(shí)是有利的。所述柔性襯底的示例包括聚酰亞胺(polyimide, PI),聚二甲基硅氧烷(polydimethylsiloxane, PDMS),聚乙烯(polyethylene, PE),聚對(duì)苯二甲酸乙二酯(PET),Gore-tex (膨體聚四氟乙烯)等。具體地，就容易制造電路而言，聚酰亞胺是優(yōu)選的。
[0028]根據(jù)本發(fā)明，多根納米線被聚集以形成多個(gè)納米線模塊，所述多個(gè)納米線模塊可以按照點(diǎn)陣形狀來設(shè)置。納米線模塊的布置不限于點(diǎn)陣形狀，但是就用于生成納米線的晶粒層的制備、電路制造、掩膜制造以及簡單的實(shí)際工藝而言，所述點(diǎn)陣形狀被認(rèn)為是有利的。
[0029]根據(jù)本發(fā)明，在襯底中形成孔，且所述孔提供比如能夠再生受損神經(jīng)的通道的另一個(gè)附加功能。在這種情況下，在神經(jīng)的生成期間可以在孔的內(nèi)表面中檢測(cè)電刺激和神經(jīng)信號(hào)。所述孔以各種形狀來形成，比如以類似于納米線模塊的點(diǎn)陣形狀來設(shè)置。
[0030]本發(fā)明的另一個(gè)方面提供一種神經(jīng)裝置，所述神經(jīng)裝置包括:形成為中空?qǐng)A柱形且具有部分的圓柱形外圓周被切除的開口部的袖口 ；包括至少一根納米線的多個(gè)納米線模土夾，所述納米線在其長度方向端處固定在袖口的內(nèi)側(cè)，且插入到神經(jīng)中以獲取來自神經(jīng)纖維的電信號(hào)或?qū)㈦娦盘?hào)施加到神經(jīng)纖維；支撐層，該支撐層形成在袖口的內(nèi)側(cè)上且包圍和支撐至少一部分的所述納米線；以及處理模塊，該處理模塊電連接到所述多個(gè)納米線模塊并在選自所述多個(gè)納米線模塊中的納米線模塊之間發(fā)送和接收電信號(hào)或電刺激。
[0031]根據(jù)本發(fā)明，所述處理模塊可以處理從選自所述多個(gè)納米線模塊中的納米線模塊所獲取的電信號(hào)，并且將電刺激施加到另一個(gè)納米線模塊上。
[0032]根據(jù)本發(fā)明，多根納米線沿著一個(gè)方向布置以形成直線形狀的納米線模塊。在這種情況下，所述納米線模塊被設(shè)置為以交叉形狀彼此面對(duì)。當(dāng)在交叉形狀的幾個(gè)部分中施加或檢測(cè)到通過神經(jīng)刺激的信號(hào)時(shí)，形成神經(jīng)束的神經(jīng)纖維發(fā)送神經(jīng)信號(hào)以便具有不同的功能，以及可以通過局部刺激或檢測(cè)來使袖口的功能最大化。[0033]根據(jù)本發(fā)明，在袖口中形成孔，且該孔可以具有比如用于從外部傳遞藥物的通道等的另一附加功能?？椎念愋蜎]有特定地限制，并且可按照各種形狀來形成。
[0034]根據(jù)本發(fā)明，納米線模塊可以形成在襯底或袖口的第一個(gè)表面上，以及處理模塊可以形成在襯底或袖口的與第一表面不同的第二表面上。
[0035]根據(jù)本發(fā)明，第二表面的法向矢量與第一表面的法向矢量之間的夾角為170°到180°，并且納米線模塊和處理模塊經(jīng)由通孔相互連接。
[0036]根據(jù)本發(fā)明，通孔可以設(shè)置在所述襯底或袖口的互補(bǔ)型金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS )區(qū)域的外部。
[0037]有益效果
[0038]根據(jù)本發(fā)明，納米線被絕緣材料包圍和支撐使得能夠改善例如耐久性的物理性質(zhì)。當(dāng)支撐層包括生物降解材料時(shí)，可以在生物降解區(qū)域中獲取附加的信號(hào)。此外，可以蝕刻支撐層以轉(zhuǎn)變成新的材料。另外，所述支撐層可以利用例如免疫抑制劑的藥物來支持。
[0039]此外，測(cè)量神經(jīng)信號(hào)的現(xiàn)有裝置由于大的尖端可能殺死神經(jīng)元，而在本發(fā)明中，由于納米級(jí)的尖端而可以無損傷地刺激和檢測(cè)神經(jīng)元。
[0040]此外，根據(jù)本發(fā)明，即使在部分神經(jīng)被切斷時(shí)，通過將多個(gè)處理模塊彼此電連接也可以發(fā)送和接收電信號(hào)或電刺激。
[0041]進(jìn)一步地，現(xiàn)有的神經(jīng)裝置必須切斷神經(jīng)束，而根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的貼片式神經(jīng)裝置可以無損傷地用于例如大腦的具有大面積的神經(jīng)系統(tǒng)，因?yàn)樗鼉H僅覆蓋表面。
[0042]進(jìn)一步地，現(xiàn)有的袖口裝置從中完全地刺激神經(jīng)束或檢測(cè)信號(hào)，而根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的具有袖口形狀的神經(jīng)·裝置通過改變其尺寸來選擇特定的神經(jīng)束以刺激或檢測(cè)信號(hào)，并通過袖口結(jié)構(gòu)來包圍神經(jīng)，從而不損傷神經(jīng)。
[0043]進(jìn)一步地，根據(jù)本發(fā)明，例如通過包括納米線的智能神經(jīng)裝置所獲取的電信號(hào)的數(shù)據(jù)被發(fā)送到外部通信模塊中，或者在外部通信模塊中所處理的數(shù)據(jù)使用射頻(RF)或金屬線被發(fā)送到內(nèi)部神經(jīng)裝置。
[0044]進(jìn)一步地，在根據(jù)本發(fā)明的神經(jīng)裝置中，納米線沿著與處理模塊不同的方向來形成，因而在插入到神經(jīng)中時(shí)不會(huì)被干擾。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0045]圖1是根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的神經(jīng)裝置的透視圖；
[0046]圖2是根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例的神經(jīng)裝置的透視圖；
[0047]圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例的神經(jīng)裝置的單元電極部的布置；以及圖4示出了單元電極部的透視圖；
[0048]圖5和6示出了根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例的神經(jīng)裝置的數(shù)據(jù)通信方法；
[0049]圖7-10示出了根據(jù)本發(fā)明的第三實(shí)施例的神經(jīng)裝置；
[0050]圖11是示出了根據(jù)本發(fā)明的第三實(shí)施例的處理模塊的矩陣的示意圖；
[0051]圖12是示出了根據(jù)本發(fā)明的第三實(shí)施例的通過在神經(jīng)被切除的位置處的處理模塊來發(fā)送和接收的示例的示意圖；
[0052]圖13-16示出了根據(jù)本發(fā)明的第四實(shí)施例的神經(jīng)裝置；
[0053]圖17-20示出了根據(jù)本發(fā)明的第五實(shí)施例的神經(jīng)裝置?！揪唧w實(shí)施方式】
[0054]以下參考附圖詳細(xì)地描述本發(fā)明。
[0055]根據(jù)本發(fā)明的神經(jīng)裝置包括納米尺寸的材料。由于納米尺寸的材料隨著更小的尺寸而具有較高的表面積與體積比，且電化學(xué)反應(yīng)主要在表面上發(fā)生，因而它可用于各種傳感器中。
[0056]具體地,諸如納米管、納米線和納米棒的一維納米材料由于具有高縱橫比(aspectratio)而易于操作，因此它們?cè)谑紫葘?shí)施的納米裝置之中。
[0057]本發(fā)明提出了一種用于獲取電信號(hào)的基于納米線的神經(jīng)裝置。
[0058]圖1是根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的神經(jīng)裝置的透視圖。該神經(jīng)裝置包括襯底1、納米線2和支撐層3。
[0059]基底襯底I可以由金屬、塑料或陶瓷材料形成。
[0060]納米線2在其一個(gè)長度方向端處固定在襯底I上以垂直地延伸，且插入到神經(jīng)中以獲取來自神經(jīng)纖維的電信號(hào)或?qū)㈦娦盘?hào)施加到神經(jīng)纖維。具體地，納米線2插入到神經(jīng)束中的神經(jīng)纖維以獲取電信號(hào)，該電信號(hào)沿著神經(jīng)纖維中的神經(jīng)元的表面出現(xiàn)或向神經(jīng)纖維中的神經(jīng)元提供電刺激。
[0061]常規(guī)地，當(dāng)大尺寸的電極被布置并插入到神經(jīng)纖維中時(shí)，該神經(jīng)纖維可能被損傷并殺死。然而，根據(jù)本發(fā)明，由于使用納米線2以便獲取電信號(hào)和/或提供電刺激，因而可以使神經(jīng)纖維的損傷最小化。
[0062]一般來說， 由于神經(jīng)纖維的直徑為幾微米或更大，而納米線2的直徑為幾十至幾百納米(nm)，因此即使在納米線2插入到部分神經(jīng)纖維中來向神經(jīng)纖維中的神經(jīng)元提供電刺激或獲取電信號(hào)，也不會(huì)對(duì)神經(jīng)纖維產(chǎn)生明顯損傷。
[0063]納米線2可以沿著神經(jīng)纖維的縱向或垂直方向插入。當(dāng)納米線2沿著縱向方向插入時(shí)，可以很容易使納米線2和神經(jīng)纖維的外側(cè)之間的接觸面積最大化。
[0064]支撐層3可以被形成為使得部分地包圍襯底I上的納米線2，并且可以通過諸如涂敷或沉積的方法形成。具體地，形成支撐層3的方法可以包括通過利用例如電子束或Y射線的具有高能量的光線的福射或者通過等離子處理的接枝聚合(graftingpolymerization)來將生物相容性聚合物涂敷在襯底上。進(jìn)一步地,支撐層3可以通過化學(xué)氣相沉積法(CAD)、或例如濺射、電子束沉積法的物理氣相沉積法(PVD)或熱沉積法進(jìn)行沉積。
[0065]支撐層3用以通過支撐納米線I來改善神經(jīng)裝置的耐久性。
[0066]支撐層3具有基于納米線2高度的例如I到99%、10到90%、20到80%、或50到70%
的厚度。
[0067]支撐層3可以包括選自包括絕緣材料、生物相容性材料以及生物降解材料的組中的至少一種。
[0068]支撐層3由于在其中包含絕緣材料而具有絕緣性能，并且優(yōu)選由生物相容性材料形成以便插入到人體中。例如，支撐層3可以包括層疊在金屬和/或樹脂的襯底上的生物相容性的薄膜或厚膜。生物相容性的薄膜或厚膜可通過使用具有例如氨基、羥基或羧基的至少一個(gè)親水基團(tuán)的有機(jī)硅烷的表面改性來獲取，并且可以包括例如具有親水功能團(tuán)的聚對(duì)二甲苯的生物相容性的薄膜或厚膜。同時(shí)，生物相容性的薄或厚膜包括碳、硅、碳化硅、硅氧化物、硅聚合物、氮化硅、氧化鋁、羥基磷灰石、生物玻璃、磷酸三鈣陶瓷、例如殼聚糖、多肽、多糖、或多核苷酸的天然聚合物，或例如生物相容性聚合物的生物相容性材料。此外，生物相容性材料的示例包括水凝膠、膠原蛋白、絲織物、聚甲基丙烯酸羥乙酯(polyHEMA)、聚乙二醇(PEG)、聚氨酯(PU)、聚四氟乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)或聚醚醚酮(PEEK)。
[0069]支撐層3也可以由生物降解材料形成，該材料包括乳酸或羥基乙酸的共聚物或均聚物，包括例如葡萄糖衍生物的碳水化物的衍生單體作為組分的聚合物，例如褐藻酸的生物降解水凝膠，或例如多肽、糖類或多核苷酸的天然聚合物。生物降解聚合物的示例包括聚乳酸(polylactide, PLA)、聚羥基乙酸(polyglicolide, PGA)、聚乳酸-羥基乙酸共聚物(polylactide-co-glicolide, PLGA)> 或聚 ε -己內(nèi)酯(poly ε -caprolactone, PCL)> 聚二惡燒酮(polydioxanone, PD0)等。
[0070]當(dāng)支撐層3包括由生物降解材料形成時(shí)，在生物降解區(qū)域中可以獲取附加信號(hào)。
[0071]支撐層3可以被蝕刻為使得納米線的新區(qū)域露出來。例如，當(dāng)部分納米線物理上被損壞時(shí)，支撐層3可以被部分蝕刻為露出所圍繞的納米線的未受損部分。如必要的話，當(dāng)在蝕刻之前除去已露出的納米線時(shí)，它可再生為新的裝置。
[0072]蝕刻可以包括使用氧氣或臭氧的等離子蝕刻，通過加速例如Ar或Ga的離子的物理蝕刻，或者在將離子轉(zhuǎn)變?yōu)榈入x子后的蝕刻。
[0073]此外，支撐層3可由例如免疫抑制劑、類固醇、抗生素(慶大霉素等)、促進(jìn)神經(jīng)再生的物質(zhì)(腦源性神經(jīng)營養(yǎng)因子(BDNF)等)、消炎劑(地塞米松等)或神經(jīng)傳遞物質(zhì)(拮抗劑MK801等)的藥物來支持。因此，神經(jīng)裝置可用于使用藥物的治療并具有例如獲取和施加信號(hào)的基本功能。例如，當(dāng)生物降解材料與藥物混合來制備支撐層3時(shí)，藥物根據(jù)生物降解材料的分解而被釋放出來。
[0074]如必要的話，支撐層·3可以由至少一層構(gòu)成。例如，支撐層3可以包括第一支撐層，該第一支撐層形成在襯底上并用于通過包括在其中的絕緣材料來絕緣；第二支撐層，該第二支撐層形成在第一支撐層上，用于利用包括在其中的生物相容性材料來支撐納米線；以及第三支撐層，該第三支撐層形成在第二支撐層上，并用于通過包括在其中的生物降解材料來釋放藥物。
[0075]圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例的神經(jīng)裝置。
[0076]以下，為了方便描述示出了或放大或縮小的每個(gè)部件的尺寸的圖。因此，本發(fā)明不限于附圖中的具體數(shù)值。
[0077]根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例的神經(jīng)裝置包括電極部500。電極部500包括至少一個(gè)單元電極部520。單元電極部520包括具有穿孔522的基座521、多根納米線524以及支撐納米線的支撐層525，多根納米線在其長度方向端處固定在基座521的任一表面上以垂直延伸并且插入到神經(jīng)中。
[0078]包括在單元電極部520中的多根納米線524從包括在神經(jīng)中的神經(jīng)纖維獲取電信號(hào)并且將電刺激施加到神經(jīng)纖維。此外，納米線524也可以被配置為使得獲取電信號(hào)或施加電刺激。包括在單元電極部520中的多根納米線524中的一部分將電刺激施加到神經(jīng)纖維，而其它部分則從神經(jīng)纖維獲取電信號(hào)。例如，單元電極部520可以包括從神經(jīng)纖維獲取電信號(hào)的多根納米線524或者包括將電刺激施加到神經(jīng)纖維的多根納米線524。此外，單元電極部520可以包括從神經(jīng)纖維獲取電信號(hào)的多根納米線524、將電刺激施加到神經(jīng)纖維的多根納米線、以及從神經(jīng)纖維獲取電信號(hào)或?qū)㈦姶碳な┘拥缴窠?jīng)纖維的納米線524。
[0079]根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例的神經(jīng)裝置包括處理模塊510，該處理模塊電連接到每個(gè)單元電極部520，并控制通過單元電極部520從神經(jīng)纖維獲取的電信號(hào)或施加到神經(jīng)纖維的電信號(hào)。
[0080]處理模塊510控制從神經(jīng)纖維獲取的電信號(hào)或施加到神經(jīng)纖維的電信號(hào)。處理模塊510是能夠使用上述相關(guān)技術(shù)中采用的常規(guī)裝置來制造的裝置。
[0081]根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例的電極部500將從神經(jīng)纖維獲取的電信號(hào)提供到處理模塊510，并根據(jù)處理模塊510的控制將電刺激施加到神經(jīng)纖維。在單元電極部520中，基座可以包括附接至其的互補(bǔ)型金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)裝置或電荷耦合器件(CXD)，該互補(bǔ)型金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)裝置或電荷耦合器件電連接到納米線524并檢測(cè)彼此電連接的多根納米線524中的電流變化。換句話說，根據(jù)處理模塊510的控制，CMOS裝置或CCD裝置控制將電刺激施加到納米線524或?qū)募{米線524的電流變化獲取的電信號(hào)發(fā)送到處理模塊510的電流。
[0082]根據(jù)圖2的一個(gè)示例的神經(jīng)裝置包括至少一個(gè)單元電極部520、多根納米線524、支撐層525以及處理模塊510，單元電極部520包括具有穿孔522的基座521。
[0083]單元電極部520的基座521以平面形狀或任何3D維度形狀來制備，包括形成在其中央部的穿孔522并連接到處理模塊510。至少一個(gè)穿孔522優(yōu)選形成在基座521中。穿孔522可以具有例如圓形、橢圓形、多邊形等的各種截面形狀，并優(yōu)選具有幾十微米到幾十納米的尺寸。例如，基座521以多邊形來制備，該多邊形容易制備和易于大規(guī)模生產(chǎn)，且每條邊具有25 μ m或更長和30 μ m或更短的長度。
[0084]可以按照多行和多列來設(shè)置單元電極部520，圖3是2X2陣列的示例。優(yōu)選地，可以將單元電極部520設(shè)置成128 X 128陣列?；?21包括附接至其的CMOS裝置或CXD裝置，CMOS裝置或CXD裝置電連接到可以施加或獲取電信號(hào)的納米線524。
[0085]例如，圖4是示出了在單元電極部520的基座中的CMOS的透視圖，每個(gè)電極部520包括至少一個(gè)CMOS裝置或(XD，其中多根納米線524彼此電連接且電連接到CMOS裝置或CCD。
[0086]因此，構(gòu)成電極部500的多個(gè)單元電極部520均包括CMOS裝置或CCD，其中從CMOS裝置或CCD獲取的多個(gè)單元電極部520的電信號(hào)可以由一個(gè)處理模塊510處理，以及電刺激可以通過每個(gè)單元電極部的CMOS裝置或CXD來施加。
[0087]基座521包括形成在其中央部的穿孔522，通過該穿孔可以再生并恢復(fù)切斷的神經(jīng)纖維的橫截面。多根納米線524以預(yù)定的間隔設(shè)置，且優(yōu)選以束的方式來形成以支撐負(fù)荷。每條納米線524可以由形成在基座521的任何表面上的支撐部來支撐。
[0088]圖2的示例涉及連接到處理模塊510的一側(cè)的電極部500的一個(gè)示例。連接到處理模塊510的電極部500可以從神經(jīng)纖維獲取電信號(hào)、將電刺激施加到神經(jīng)纖維，或施加電刺激和獲取電信號(hào)。另一方面，不限制連接到處理模塊510的一側(cè)的電極部500的數(shù)量。
[0089]例如，兩個(gè)電極可以彼此面對(duì)地連接到處理模塊510的兩側(cè)。在這種情況下，優(yōu)選的是在處理模塊510的一側(cè)處的第一電極部從神經(jīng)纖維獲取電信號(hào)，以及在處理模塊510的另一側(cè)處的第二電極部將電刺激施加到神經(jīng)纖維上。因此，包括在第一電極部中的納米線從神經(jīng)纖維獲取電信號(hào)，和包括在第二電極部中的納米線將電刺激施加到神經(jīng)纖維。換句話說，包括在每個(gè)電極部中的多根納米線可以施加電刺激或者獲取電信號(hào)。
[0090]圖2的神經(jīng)裝置可以通過各種方法制造。在使用催化劑來合成納米線的情況下，當(dāng)反應(yīng)物施加到納米簇時(shí)，通過沉核和生長來合成納米線。此外，本發(fā)明使用的納米線也可通過 Trenaces “Integration of Growth into Device Fabrication，，Adv.Mater.17，2098, 2005”中的Si納米線橋中所描述的方法來形成。
[0091]用于制備包括納米線的電極500的方法如下:可以通過光掩模和蝕刻工藝將包括穿孔522的基座521形成在由例如娃等的各種材料形成的晶片上。
[0092]當(dāng)形成包括穿孔522的基座521時(shí)，催化劑被施加在納米線524在基座521的一個(gè)表面上生成的位置處。例如，當(dāng)納米線524的一個(gè)長度方向端沿著基座521的邊緣來固定時(shí)，用于生成納米線524的催化劑被施加在基座的邊緣上。催化劑可以通過光刻工藝等來設(shè)置在基座的一個(gè)表面的任意部分處。催化劑優(yōu)選可以根據(jù)要生成的納米線524的材料來選擇。例如，當(dāng)生成娃納米線524時(shí),可以使用Au催化劑。當(dāng)催化劑施加在襯底上時(shí),反應(yīng)物通過化學(xué)氣相沉積(CVD)法來供給以形成納米線524。
[0093]基座521和納米線524可以由各種材料形成。例如，基座和納米線可以包括硅、金、銀、銥、氧化銥、鉬、錫、鎳、鉻、錸和銅，以及這些金屬的各種合金，或可以通過納米工藝來實(shí) 現(xiàn)為納米裝置的半導(dǎo)體裝置或金屬。
[0094]圖5和6示出了根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例的神經(jīng)裝置的數(shù)據(jù)通信方法，電極部500插入到神經(jīng)纖維中并包括具有穿孔522的基座521、納米線524以及支撐納米線的支撐層525，納米線524在其長度方向端部處固定在基座521的任一表面上以垂直地延伸。
[0095]接著，電極部500可以利用神經(jīng)纖維來發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。在這里，數(shù)據(jù)可以包括從神經(jīng)纖維獲取的電信號(hào)和施加到神經(jīng)纖維的電刺激。
[0096]接著，電連接到電極部500的處理模塊510控制電極部500的發(fā)送和接收。
[0097]接著，設(shè)置在處理模塊510中的內(nèi)部通信模塊511與外部通信模塊700發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。
[0098]內(nèi)部通信模塊511和外部通信模塊700是通用的通信模塊并可以使用圖5中的射頻(RF)和圖6中的有線(W)來發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。
[0099]因此，例如通過包括納米線524的智能神經(jīng)裝置獲取的電信號(hào)的數(shù)據(jù)被發(fā)送到外部通信模塊700，或者在外部通信模塊700中處理過的數(shù)據(jù)利用射頻(RF)或有線地發(fā)送到內(nèi)部神經(jīng)裝置。
[0100]圖7-10示出了根據(jù)本發(fā)明的第三實(shí)施例的神經(jīng)裝置。
[0101]圖7是包括具有點(diǎn)陣形狀的納米線模塊的貼片式神經(jīng)裝置的透視圖，該神經(jīng)裝置包括具有大面積的襯底10、形成在襯底10上的多根納米線模塊20以及形成在襯底10上以便部分包圍并支撐納米線21的支撐層22。
[0102]襯底10是可以附接在人體器官表面的貼片形式，優(yōu)選是柔性襯底以便附接到具有大面積的神經(jīng)系統(tǒng)。
[0103]本說明書中的術(shù)語“柔性”是指平滑、柔軟以及溫和的性質(zhì)。因此，當(dāng)施加一定外力時(shí)，柔性襯底可以輕易地彎曲或改變。具體地，由于柔性襯底在附接到包括彎曲表面的神經(jīng)系統(tǒng)時(shí)是有利的，所以它非常適合用于根據(jù)本發(fā)明的神經(jīng)裝置的襯底10。[0104]柔性襯底的示例包括P1、PDMS, PE、PET、或Gore_tex，具體地，聚酰亞胺因?yàn)橐子陔娐返闹圃焓莾?yōu)選的。
[0105]納米線模塊20包括如圖7的局部放大視圖中示出的多根納米線。換句話說，許多納米線21被聚集以形成納米線模塊20。
[0106]納米線模塊20可以按照如圖7中示出的點(diǎn)陣形狀來設(shè)置，但不限于此，且可以按照各種形狀來設(shè)置。納米線模塊的設(shè)置就用于生成納米線的種子層的制備、電路的制造、掩膜的制造以及容易實(shí)用的工藝而言被認(rèn)為是有利的。
[0107]本說明書中的術(shù)語“點(diǎn)陣”是指結(jié)構(gòu)，比如棋盤的具有預(yù)定間隔的寬度和高度以便形成幾乎直角的物品(article)和類型。
[0108]如圖7的局部放大圖所示，納米線21在其長度方向端處固定在襯底10的一個(gè)表面上以垂直地延伸。
[0109]本說明書中的術(shù)語“垂直”是指直線與直線、直線與平面、平面與平面之間的夾角幾乎是直角。例如，當(dāng)夾角在80-100°的范圍內(nèi)時(shí)，其被認(rèn)為是幾乎直角。此外，即使它們的一部分是彎曲的或彎的，也被認(rèn)為是幾乎直線。
[0110]根據(jù)實(shí)施例中的納米線21可以沿著神經(jīng)纖維的縱向方向或垂直方向插入，但不限制插入方向。
[0111]如附圖所示，支撐層22可以形成為具有與襯底10相同的區(qū)域，或僅形成在納米線模塊20上。
[0112]圖8是神經(jīng)裝置的透視圖，其中為了另一功能在襯底中形成孔，并且神經(jīng)裝置包括不同于圖7的神經(jīng)裝置的具有多個(gè)孔30的襯底。
·[0113]孔30提供例如可以再生損傷神經(jīng)的通道的另外附加的功能。在這種情況下，在神經(jīng)的生成期間，可以在孔的內(nèi)表面里檢測(cè)電刺激和神經(jīng)信號(hào)。
[0114]孔30可以按照?qǐng)D8所示的點(diǎn)陣形狀來設(shè)置，但不限于此，且可按照各種形狀來設(shè)置。盡管如此，孔30優(yōu)選設(shè)置在不被納米線模塊20交疊或者接近納米線模塊20的納米線模塊20之間。
[0115]圖9是具有用于插入到神經(jīng)中的納米線的陣列的神經(jīng)裝置的透視圖，神經(jīng)裝置包括多個(gè)納米線模塊20和孔30，其以類似于圖8的神經(jīng)裝置的點(diǎn)陣形狀來設(shè)置，但與圖8的神經(jīng)裝置不同，納米線模塊更緊密地設(shè)置以便完全包圍孔30。
[0116]圖9的結(jié)構(gòu)中的納米線具有比圖8結(jié)構(gòu)中的納米線更高的密度，以便神經(jīng)刺激可以延伸到更大的區(qū)域，以及信噪比可以隨著檢測(cè)信號(hào)的強(qiáng)度增大而增大。
[0117]圖10是根據(jù)本發(fā)明的第三實(shí)施例的神經(jīng)裝置的透視圖，其中處理模塊附接到襯底的下側(cè)。
[0118]處理模塊40用于控制通過納米線21所發(fā)送和接收的神經(jīng)信號(hào)或電刺激。處理模塊40可以包括CMOS裝置，或者可以附接到CMOS裝置。
[0119]納米線模塊20均電連接到處理模塊40上。此外，多個(gè)處理模塊40彼此電連接以便即使在部分神經(jīng)被切斷時(shí)也可以發(fā)送和接收電信號(hào)或電刺激。
[0120]盡管在圖中未示出，但處理模塊40可以包括與外部通信模塊700發(fā)送和接收數(shù)據(jù)的內(nèi)部通信模塊511。
[0121]由于根據(jù)本發(fā)明的第三實(shí)施例的神經(jīng)裝置包括具有納米級(jí)尺寸的尖端，以及容易通過貼片形式來覆蓋神經(jīng)系統(tǒng)的表面，因此可以執(zhí)行刺激和檢測(cè)，而不會(huì)像相關(guān)技術(shù)那樣損傷神經(jīng)元并且切斷神經(jīng)束。此外，袖口結(jié)構(gòu)可以用于在不受損傷的情況下采用現(xiàn)有袖口結(jié)構(gòu)無法測(cè)量和檢測(cè)的人體器官中，例如神經(jīng)元分布在大面積中的大腦的器官。
[0122]圖11是顯示根據(jù)本發(fā)明的第三實(shí)施例的處理模塊的矩陣的示意圖，其中多個(gè)處理模塊40例如包括形成襯底10上的行all至aim和列all至anl。
[0123]圖12是示出根據(jù)本發(fā)明的第三實(shí)施例的通過在神經(jīng)被切斷的位置處的處理模塊發(fā)送和接收的示例的示意圖。在圖12中，即使神經(jīng)50的部分51被切斷時(shí)，在處理模塊40中例如a22的信號(hào)跨越位置51被發(fā)送到al4，神經(jīng)50在位置51處被切斷，因此信號(hào)可以在不中斷的情況下連續(xù)被處理。
[0124]圖13-16示出了根據(jù)本發(fā)明的第四實(shí)施例的神經(jīng)裝置。
[0125]圖13是包括一個(gè)納米線模塊的神經(jīng)裝置的透視圖，其中神經(jīng)裝置包括袖口 11、納米線模塊20、支撐層23以及處理模塊40。
[0126]袖口 11以中空?qǐng)A柱形狀來形成，具有開口部12，在該開口部中一部分的圓柱形外圍被切除，以及神經(jīng)可以通過開口部12被插入至袖口 11。
[0127]開口部12的尺寸不被特定地限制，如果必要的話，可以比圖中顯示的更大或更小。此外，開口部可以如此小使得袖口的兩個(gè)邊緣幾乎接觸。
[0128]根據(jù)本發(fā)明的袖口 11具有與現(xiàn)有袖口類似的結(jié)構(gòu)，但其尺寸可以更小。
[0129]袖口 11可以由各種材料形成。例如，袖口可以由選自硅、金、銀、銥、氧化銥、鉬、錫、鎳、鉻、錸以及銅中的一種或兩種或更多的合金、或通過納米工藝可以實(shí)現(xiàn)為納米裝置的半導(dǎo)體裝置或金屬 來形成。
[0130]納米線模塊20包括多根納米線。換句話說，多根納米線21被聚集以形成納米線模塊20。
[0131]如圖13所示，納米線21在袖口 11的內(nèi)側(cè)上沿著縱向方面以長直線來布置以形成直線形狀的納米線模塊。然而，納米線21的布置或設(shè)置不限于圖13所示的陣列，其可以按照各種形狀來設(shè)置。
[0132]如圖13所示，納米線21在其一個(gè)長度方向端處固定在袖口 11的內(nèi)側(cè)以垂直地延伸。
[0133]因此，基于納米線21的探針設(shè)置在袖口 11的內(nèi)壁上，以及如果必要的話，可以控制探針的陳列和數(shù)量。
[0134]處理模塊40用于控制通過納米線21所發(fā)送和接收的神經(jīng)信號(hào)或電刺激。
[0135]處理模塊40設(shè)置在袖口 11外側(cè)上的與納米線模塊20對(duì)應(yīng)的位置上，其中納米線模塊20可以電連接到多個(gè)處理模塊40。此外，多個(gè)處理模塊40彼此電連接以便即使在部分神經(jīng)被切斷時(shí)也可以發(fā)送和接收電信號(hào)或電刺激。
[0136]盡管在圖中未示出，但處理模塊40可以包括與外部通信模塊700發(fā)送和接收數(shù)據(jù)的內(nèi)部通信模塊511。
[0137]如圖所示，支撐層23可以僅形成在納米線模塊20上，但是可以形成為具有與袖口11相同的區(qū)域。
[0138]圖14是包括交叉形狀的納米線模塊的神經(jīng)裝置的透視圖，其中神經(jīng)裝置包括交叉形狀的納米線模塊20。[0139]如圖14所示，四個(gè)納米線模塊20設(shè)置為在袖口 11的內(nèi)側(cè)上以交叉形狀彼此面對(duì)，且附接在袖口 11外圍上的與納米線模塊20對(duì)應(yīng)的位置處。
[0140]形成神經(jīng)束的神經(jīng)纖維發(fā)送神經(jīng)信號(hào)以便具有不同的功能，以及通過神經(jīng)刺激的信號(hào)在交叉形狀的幾個(gè)部分中被施加或檢測(cè)，其中袖口的功能通過局部刺激或檢測(cè)來最大化。
[0141]圖15是袖口形成用于另一功能的孔的神經(jīng)裝置的透視圖，其中與圖13和14中的神經(jīng)裝置不同，該神經(jīng)裝置包括多個(gè)孔30，
[0142]孔30可以具有例如用于從外部傳輸藥物的通道等的另一附加功能。
[0143]如圖15所示，孔30可以沿著圓周方向和縱向方向上以預(yù)定的間隔來形成，但不限于此，而是孔可以按照各種形狀來設(shè)置。然而，孔30優(yōu)選設(shè)置在不被納米線模塊20交疊或者不接近納米線模塊20的納米線模塊20之間。
[0144]圖16顯示根據(jù)本發(fā)明的第四實(shí)施例的神經(jīng)被插入到其中的神經(jīng)裝置的示例。
[0145]首先，袖口 11的開口部12稍微打開使得神經(jīng)50可以輕易被插入到其中。此時(shí)，如圖16所示，袖口的開口部可以使用具有鉗子類型的可收緊的外科手術(shù)工具60來打開。由于袖口 11形成為圓柱形、具有開口部12以及是彈性的，因此該袖口可以被變形同時(shí)保持圓柱形。
[0146]接著，袖口 11被插入使得包圍神經(jīng)50，然后使用外科手術(shù)工具60來收緊以與神經(jīng)50接觸。
[0147]因此，由于神經(jīng)50通過開口部12插入到袖口 11中，因此插入到袖口 11中時(shí)不會(huì)對(duì)神經(jīng)產(chǎn)生損傷。
·[0148]根據(jù)本發(fā)明的第四實(shí)施例的神經(jīng)裝置，即使在部分神經(jīng)被切斷時(shí)，也能夠通過彼此電連接多個(gè)處理模塊來發(fā)送和接收電信號(hào)或電刺激。此外，由于其尺寸可以改變，為了刺激或信號(hào)的檢測(cè)可以選擇特定的神經(jīng)束。此外，由于選擇了包圍神經(jīng)的袖口結(jié)構(gòu)，因此不會(huì)對(duì)神經(jīng)產(chǎn)生損傷。
[0149]圖11和12的描述也適用于根據(jù)本發(fā)明的第四實(shí)施例的神經(jīng)裝置。
[0150]圖17示出了根據(jù)本發(fā)明的第五實(shí)施例的神經(jīng)裝置的一個(gè)示例。根據(jù)該實(shí)施例的神經(jīng)裝置包括襯底710或袖口、納米線721和722、支撐層723和724、電極731和732、通孔741和742、電極墊751和752以及觸摸球761和762。
[0151]納米線721和722中的每一條的電極731和732分別經(jīng)由通孔741和742連接到襯底的相對(duì)表面的電極墊751和752。換句話說，納米線721的電極731經(jīng)由通孔741連接到電極墊751并且納米線722的電極732經(jīng)由通孔742連接到電極墊752。
[0152]電極墊751輸出通過納米線721從神經(jīng)纖維獲取的電信號(hào)或?qū)⒂糜陔姶碳さ男盘?hào)施加到納米線721。電極墊752輸出通過納米線722從神經(jīng)纖維獲取的電信號(hào)或者將用于電刺激的信號(hào)施加到納米線722。
[0153]電極墊751通過觸摸球761連接到處理模塊770，并且電極墊752通過觸摸球762連接到處理模塊770。
[0154]因此，使用通孔技術(shù)將納米線和設(shè)置在襯底的相對(duì)表面的電極和處理模塊彼此電連接。由于納米線安裝在其上的襯底的表面與電極墊和處理模塊安裝在其上的襯底的表面相對(duì)，因此它們的法向矢量之間的夾角約為180°。[0155]盡管在圖17中未示出，但襯底可以包括CMOS區(qū)域。CMOS區(qū)域是用于實(shí)現(xiàn)CMOS裝置的襯底上的區(qū)域。通孔741和742可以優(yōu)選設(shè)置為避開CMOS區(qū)域。
[0156]此外，盡管在圖17中未示出，但基座可以安裝在納米線的電極731和732處以定位納米線。
[0157]基座可以包括至少一個(gè)穿孔。穿孔可以具有如圓形、橢圓形、多邊形等的各種橫截面，具體地，可以是易于制造的圓形，或者對(duì)應(yīng)于神經(jīng)束的橫截面的形狀。在這種情況下，穿孔的直徑可以為數(shù)十微米至數(shù)十納米。
[0158]具體地，形成在基座中的穿孔可以連接到形成在襯底中的穿孔。在這種情況下，神經(jīng)纖維經(jīng)由穿孔或通孔(via hole)恢復(fù)。
[0159]另外，基座可以設(shè)置有配置為支撐納米線的納米線支撐架。在這種情況下，納米線支撐架可以安裝在穿孔的內(nèi)圓周上。納米線支撐架支撐納米線使得納米線能夠沿著一個(gè)方向來固定。即，納米線通過納米線支撐架來固定。
[0160]納米線支撐架可以配置為將穿孔分成多個(gè)區(qū)域。納米線支撐架可以具有直線形狀或具有不同曲率半徑的彎曲形狀。此外，納米線支撐架可以從穿孔的內(nèi)圓周延伸或從基座的任一表面延伸。
[0161]圖18類似于圖17，但強(qiáng)調(diào)的是納米線探針連接到CMOS的柵極或漏極。
[0162]參考圖18，根據(jù)本實(shí)施例的神經(jīng)裝置包括納米線811和812、支撐層813和814、電極821和822、通孔851和852、CMOS裝置881和882、電極墊830以及觸摸球840。
[0163]在圖18中示出的示例中，示出了一個(gè)電極墊830和一個(gè)觸摸球840，但是根據(jù)納米線811和812的數(shù)量包括至少兩個(gè)電極墊和觸摸球。
[0164]每條納米線811和812的電極821和822分別在襯底的相對(duì)表面處經(jīng)由通孔851和852連接。在這種情況下，納米線811和812分別連接到CMOS裝置881和882的柵極或漏極。
[0165]電極墊830輸出通過納米線811和812從神經(jīng)纖維獲取的電信號(hào)或?qū)⒂糜陔姶碳さ男盘?hào)施加到納米線811和812。
[0166]電極墊830通過觸摸球840連接到處理模塊870。
[0167]因此，使用通孔技術(shù)將納米線和設(shè)置在襯底的相對(duì)表面處的電極墊和處理模塊彼此電連接。由于納米線安裝在其上的襯底的表面與電極墊和處理模塊安裝在其上的襯底的表面相對(duì)，因此它們的法向矢量之間的夾角約為180°。
[0168]圖19是示出納米線探針裝置的圖。根據(jù)該實(shí)施例的納米線探針裝置包括納米線910、支撐層911、電極920、電極墊930以及觸摸球940。
[0169]觸摸球940電連接到與裝置連接的處理模塊970。納米線910形成在與觸摸球940相對(duì)的基座的表面處，以及通過觸摸球940將從神經(jīng)纖維測(cè)量到的電信號(hào)提供到該裝置或者基于通過觸摸球940所施加的信號(hào)將來自該裝置的電刺激施加到神經(jīng)纖維。
[0170]納米線910通過電極920和電極墊930連接到觸摸球940。
[0171]圖19中所示的實(shí)施例對(duì)應(yīng)于如下的情形，其中僅僅通過觸摸球940與襯底接觸的納米線探針裝置被隔開。即，圖19中所示的實(shí)施例示出了將獨(dú)立于該裝置的使用通孔所制作的納米線探針端部連接到使用觸摸球的裝置的方法。本發(fā)明的技術(shù)精神包括納米線和接觸墊使用(包括在裝置中的)襯底的通孔彼此連接的情形，以及使用(與該裝置獨(dú)立地配置的)觸摸球?qū)⒓{米線和連接到觸摸球的接觸墊設(shè)置在相對(duì)的表面處的探針裝置電連接到襯底的情形兩者。
[0172]圖20是示出了電極和墊之間的連接的另一示例的圖，其中電極和墊經(jīng)由通孔設(shè)置在襯底的相對(duì)表面上。
[0173]參照?qǐng)D20，納米線1111和1112以及支撐層1113和1114形成在其上的電極1121和1122分別通過通孔1130連接到電極墊1141和1142上。即，電極1121連接到電極墊1141上，并且電極1122連接到電極墊1142上。
[0174]觸摸球1151形成在電極墊1141上，觸摸球1152形成在電極墊1142上。
[0175]在圖20中示出的實(shí)施例中，電極1121和1122與電極墊1141和1142之間的連接通過一部分的通孔1130來實(shí)現(xiàn)，且通孔1130的其余部分仍然原封不動(dòng)。即，通孔1130不需要完全被金屬填充。僅僅部分空間填充有金屬，襯底的兩個(gè)表面上的電極可以相互連接，以及剩余部分可以作為空間保留。在這種情況下，其余的孔部分的外表面可以被涂敷。此外，神經(jīng)纖維、神經(jīng)組織等通過其余的孔部分來生成。
[0176]此外，形成在基座內(nèi)的穿孔可以連接到形成在襯底內(nèi)的通孔上。在這種情況下，神經(jīng)纖維通過穿孔或通孔恢復(fù)，以及通孔內(nèi)的空間隨著該空間增大可以有效地用于來恢復(fù)神經(jīng)纖維或神經(jīng)組織。
[0177]此外，在根據(jù)本發(fā)明的第五實(shí)施例的神經(jīng)裝置中，納米線沿著與處理模塊不同的方向形成，從而在插入到神經(jīng)中時(shí)不會(huì)被干擾。
[0178]盡管在圖中未示出，但根據(jù)第五實(shí)施例的處理模塊770、870以及970可以包括與外部通信模塊700發(fā)送和接收數(shù)據(jù)的內(nèi)部通信模塊511。
[0179]對(duì)于本領(lǐng) 域技術(shù)人員而言明顯的是，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，可以將本發(fā)明實(shí)現(xiàn)為其它實(shí)施例。因此，應(yīng)該理解的是，上述描述不能解釋為限制性的，而是在所有方面是示例性的。本發(fā)明的范圍應(yīng)該僅通過權(quán)利要求中的合理解釋來確定，并且可以對(duì)如權(quán)利要求及其等同例中所限定的已描述的實(shí)施例進(jìn)行各種修改。
【權(quán)利要求】
1.一種神經(jīng)裝置，包括: 襯底， 至少一根納米線，在其長度方向端處固定在所述襯底上且插入到神經(jīng)中以從神經(jīng)纖維獲取電信號(hào)或?qū)㈦娦盘?hào)施加到所述神經(jīng)纖維； 至少一個(gè)支撐層，形成在所述襯底上并且包圍和支撐至少一部分的所述納米線。
2.如權(quán)利要求1所述的神經(jīng)裝置，其中所述支撐層包括從包括絕緣材料、生物相容性材料以及生物降解材料的組中選擇的至少一種材料。
3.如權(quán)利要求1所述的神經(jīng)裝置，其中所述支撐層包括藥物。
4.如權(quán)利要求1所述的神經(jīng)裝置，其中多根納米線被配置為形成多個(gè)納米線模塊。
5.如權(quán)利要求4所述的神經(jīng)裝置，還包括處理模塊，所述處理模塊電連接到所述多個(gè)納米線模塊，并且在從所述多個(gè)納米線模塊中選擇的納米線模塊之間發(fā)送和接收電信號(hào)或電刺激。
6.如權(quán)利要求5所述的神經(jīng)裝置，其中所述處理模塊處理從選自所述多個(gè)納米線模塊中的納米線模塊所獲取的電信號(hào)，以及將電刺激施加到另一個(gè)納米線模塊。
7.如權(quán)利要求1所述的神經(jīng)裝置，其中所述襯底是貼片式柔性襯底。
8.如權(quán)利要求4所述的神經(jīng)裝置，其中以點(diǎn)陣形狀來設(shè)置所述納米線模塊。
9.如權(quán)利要求1所述的神經(jīng)裝置，其中在所述襯底中形成孔。
10.如權(quán)利要求9所述的神經(jīng)`裝置，其中以點(diǎn)陣形狀來設(shè)置所述孔。
11.如權(quán)利要求5所述的神經(jīng)裝置，其中所述納米線模塊形成在襯底的第一表面上，以及所述處理模塊形成在襯底的與所述第一表面不同的第二表面上。
12.如權(quán)利要求11所述的神經(jīng)裝置，其中所述第二表面的法向矢量和所述第一表面的法向矢量之間的夾角為170°到180°，以及所述納米線模塊和所述處理模塊經(jīng)由通孔彼此連接。
13.如權(quán)利要求12所述的神經(jīng)裝置，其中所述通孔設(shè)置在所述襯底的互補(bǔ)型金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)區(qū)域的外部。
14.如權(quán)利要求5所述的神經(jīng)裝置，其中所述處理模塊包括與設(shè)置在外部的外部通信模塊發(fā)送和接收數(shù)據(jù)的內(nèi)部通信模塊。
15.如權(quán)利要求14所述的神經(jīng)裝置，其中所述內(nèi)部通信模塊和外部通信模塊通過射頻(RF)或有線地發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。
16.如權(quán)利要求14所述的神經(jīng)裝置，其中所述數(shù)據(jù)包括從神經(jīng)纖維獲取的電信號(hào)或施加到神經(jīng)纖維的電刺激。
17.一種神經(jīng)裝置，包括: 袖口，以中空?qǐng)A柱形狀來形成且具有部分的圓柱形圓周被切除的開口部； 包括至少一根納米線的多個(gè)納米線模塊，所述納米線其長度方向端處固定在所述袖口的內(nèi)側(cè)并且插入到神經(jīng)中以從神經(jīng)纖維獲取電信號(hào)或?qū)㈦娦盘?hào)施加到神經(jīng)纖維； 至少一個(gè)支撐層，形成在所述袖口的內(nèi)側(cè)上并包圍和支撐至少一部分的所述納米線；以及 處理模塊，電連接到多個(gè)納米線模塊并在選自所述多個(gè)納米線模塊中的納米線模塊之間發(fā)送和接收電信號(hào)或電刺激。
18.如權(quán)利要求17所述的神經(jīng)裝置，其中所述支撐層包括選自包括絕緣材料、生物相容性材料以及生物降解材料的組中的至少一種材料。
19.如權(quán)利要求17所述的神經(jīng)裝置，其中所述支撐層包括藥物。
20.如權(quán)利要求17所述的神經(jīng)裝置，其中所述處理模塊處理從選自所述多個(gè)納米線模塊中的納米線模塊所獲取的電信號(hào)，以及將電刺激施加到另一個(gè)納米線模塊。
21.如權(quán)利要求17所述的神經(jīng)裝置，其中所述納米線沿著一個(gè)方向布置以按照直線形狀來形成納米線模塊。
22.如權(quán)利要求17所述的神經(jīng)裝置，其中所述納米線模塊被設(shè)置為以交叉形狀彼此面對(duì)。
23.如權(quán)利要求17所述的神經(jīng)裝置，其中在所述袖口中形成孔。
24.如權(quán)利要求17所述的神經(jīng)裝置，其中所述納米線模塊形成在袖口的第一表面上，以及所述處理模塊形成在袖口的與第一表面不同的第二表面上。
25.如權(quán)利要求24所述的神經(jīng)裝置，其中，所述第二表面的法向矢量和所述第一表面的法向矢量之間的夾角為170° -180°，以及所述納米線模塊和所述處理模塊經(jīng)由通孔相互連接。
26.如權(quán)利要求25所述的神經(jīng)裝置，其中所述通孔設(shè)置在袖口的互補(bǔ)型金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)區(qū)域的外部。
27.如權(quán)利要求17所述的神經(jīng)裝置，其中所述處理模塊包括與安裝在外部的外部通信模塊發(fā)送和接收數(shù)據(jù)的內(nèi)部通·信模塊。
28.如權(quán)利要求27所述的神經(jīng)裝置，其中所述內(nèi)部通信模塊和所述外部通信模塊通過射頻(RF)或有線地發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。
29.如權(quán)利要求27所述的神經(jīng)裝置，其中所述數(shù)據(jù)包括從神經(jīng)纖維獲取的電信號(hào)或施加到所述神經(jīng)纖維的電刺激。
【文檔編號(hào)】A61B5/04GK103857437SQ201380002940
【公開日】2014年6月11日 申請(qǐng)日期:2013年1月25日 優(yōu)先權(quán)日:2012年1月27日
【發(fā)明者】樸勝漢, 洪鐘一, 崔宰榮, 崔憲辰, 邊在哲 申請(qǐng)人:延世大學(xué)校產(chǎn)學(xué)協(xié)力團(tuán)