專利名稱：一種植入式雙性能測試微電極陣列的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于微機械加工技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種植入式雙性能測試微電極陣列。
背景技術(shù)：
人的大腦中有著上千億的神經(jīng)細胞，在這些細胞中，信息是通過電信號傳遞的；在細胞與細胞之間，通過突觸相互連接實現(xiàn)信息的傳遞；突觸是神經(jīng)元之間或神經(jīng)元與其他細胞之間在機能上發(fā)生聯(lián)系的部位，是信息傳遞和整合的關(guān)鍵部位。他們通過突觸相互連接并傳遞信息，其可以分泌一些化學(xué)物質(zhì)-神經(jīng)遞質(zhì)(如多巴胺等)，這些遞質(zhì)通過突觸間隙與突觸后膜上的受體結(jié)合，這種相互作用產(chǎn)生的局部分級電位，將電信號從一個神經(jīng)細胞傳至另一個神經(jīng)細胞。在神經(jīng)系統(tǒng)中，神經(jīng)信號的產(chǎn)生、傳輸、處理和終止等信息可以通過對神經(jīng)元之間的電生理活動以及神經(jīng)遞質(zhì)變化的研究進行解釋和分析。比如，神經(jīng)系統(tǒng)特定區(qū)域中的神經(jīng)遞質(zhì)濃度異常改變會引發(fā)神經(jīng)細胞的電生理活動；不僅如此，對神經(jīng)細胞進行電刺激也會引起神經(jīng)細胞分泌遞質(zhì)。因此實現(xiàn)同時對神經(jīng)系統(tǒng)中神經(jīng)電生理信號和神經(jīng)遞質(zhì)電化學(xué)信號多尺度多維度微弱信息的獲取對理解神經(jīng)系統(tǒng)的運作原理具有重要的意義。然而由于神經(jīng)電生理檢測和神經(jīng)遞質(zhì)檢測的相對獨立性，目前還沒有實現(xiàn)對神經(jīng)系統(tǒng)中電生理信號和電化學(xué)信號的同步定量檢測，由此也無法達到對二者相互作用關(guān)系及其相關(guān)科學(xué)問題的深入透徹研究。在基于微電子機械系統(tǒng)技術(shù)(MEMQ的條件下，通過利用納米材料調(diào)控電極表面性質(zhì)，實現(xiàn)多尺度多層次神經(jīng)電生理信號和神經(jīng)電化學(xué)信號的同時檢測，目前還尚無報道出現(xiàn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種植入式雙性能測試微電極陣列，該陣列能在有效的空間內(nèi)實現(xiàn)電生理信號和電化學(xué)信號的同時測量，為神經(jīng)系統(tǒng)的信號傳導(dǎo)研究奠定基礎(chǔ)。一種植入式雙性能測試微電極陣列，該微電極陣列包括電生理學(xué)微電極1、電化學(xué)微電極2、電極基底3、電極內(nèi)引線4、電生理學(xué)引線接口 5、電化學(xué)引線接口 6、引線接口基底 7、外部電纜束8、電生理學(xué)電極表面涂層9、電化學(xué)表面電極涂層10 ；電生理學(xué)微電極1和電化學(xué)微電極2分別對應(yīng)位于電極基底3兩側(cè)，成對排列，有4-8組；電生理學(xué)微電極1和電化學(xué)微電極2通過各自的電極內(nèi)引線4連接到電生理學(xué)引線接口 5和電化學(xué)引線接口 6， 電生理學(xué)引線接口 5和電化學(xué)引線接口 6位于引線接口基底7上，電生理學(xué)引線接口 5和電化學(xué)引線接口 6引出的導(dǎo)線捆綁成束，外加絕緣皮形成外部電纜束8，連接到外部設(shè)備； 電生理學(xué)微電極1和電化學(xué)微電極2表面分別涂覆電生理學(xué)電極表面涂層9和電化學(xué)表面電極涂層10。所述電極基底3和引線接口基底7的材質(zhì)為硅或Si02。所述電生理學(xué)微電極1和電化學(xué)微電極2為金屬電極，電極材料選自鎢、金、鉬、銥或鉬銥合金中的一種。所述電極內(nèi)引線4為多晶硅材料。所述電生理學(xué)引線接口 5和電化學(xué)引線接口 6直徑為200-300 μ m。所述電生理學(xué)電極表面涂層9材料為鉬黑；所述電化學(xué)表面電極涂層10材料為硫辛酸修飾的電化學(xué)活化碳纖維。所述電生理學(xué)微電極1與電化學(xué)微電極2橫向間距為4-6 μ m,電生理學(xué)微電極1 或電化學(xué)微電極2的測試點大小為5 μ mX 5 μ m，每組微電極的垂直距離為50-150 μ m。所述微電極長度為2. 5mm，寬度為100-200 μ m，厚度為80-120 μ m。本發(fā)明植入式雙性能測試微電極陣列工作過程如下對于電生理學(xué)微電極，神經(jīng)元在刺激的條件下產(chǎn)生動作電位，由電生理學(xué)微電極采集電信號，依次經(jīng)過電生理電極的引線、引線接口和外部電纜束傳送到外部記錄設(shè)備；對于電化學(xué)測試電極神經(jīng)元在刺激的條件下釋放神經(jīng)遞質(zhì)(如多巴胺)催化電化學(xué)微電極表面涂層材料，引發(fā)電化學(xué)測量電極的電流響應(yīng)，電流由相應(yīng)電極的引線、引線接口和外部電纜束傳送到外部記錄設(shè)備。引線接口基底固定于顱骨上，微電極通過顱骨鉆孔傳入大腦的皮層組織中；微電極陣列可以以多個探針的形式分布于大腦皮層區(qū)域，以增大測量的范圍。本發(fā)明的有益效果是本發(fā)明通過在一定距離范圍內(nèi)構(gòu)建成對電極，利用電極表面修飾材料和結(jié)構(gòu)不同，實現(xiàn)對神經(jīng)系統(tǒng)中特定區(qū)域的電生理學(xué)信號和電化學(xué)信號的同時檢測；本發(fā)明充分考慮所要植入人體大腦部分的形態(tài)特征和功能特點，以針形探針為外形的微電極能夠在更大程度上減少電極植入過程中引發(fā)的插入損傷；本發(fā)明能夠在大腦不同位置同時植入所述的微電極陣列，實現(xiàn)對不同深度的大腦組織中的特定區(qū)域的測量，增大有限空間內(nèi)電生理學(xué)和電化學(xué)信號的測量密度。


圖1為本發(fā)明一個微電極的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明微電極陣列整體的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為本發(fā)明微電極的側(cè)面結(jié)構(gòu)圖；圖中，1-電生理學(xué)微電極、2-電化學(xué)微電極、3-電極基底、4-電極內(nèi)引線、5-電生理學(xué)引線接口、6-電化學(xué)引線接口、7-引線接口基底、8-外部電纜束、9-電生理學(xué)電極表面涂層、10-電化學(xué)表面電極涂層。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明做進一步說明。實施例1如圖1、2、3所示，本實施例植入式雙性能測試微電極陣列包括電生理學(xué)微電極1、 電化學(xué)微電極2、電極基底3、電極內(nèi)引線4、電生理學(xué)引線接口 5、電化學(xué)引線接口 6、引線接口基底7、外部電纜束8、電生理學(xué)電極表面涂層9、電化學(xué)表面電極涂層10 ；電生理學(xué)微電極1和電化學(xué)微電極2分別對應(yīng)位于電極基底3兩側(cè)，成對排列，有4-8組；電生理學(xué)微電極1和電化學(xué)微電極2通過各自的電極內(nèi)引線4連接到電生理學(xué)引線接口 5和電化學(xué)引線接口 6，電生理學(xué)引線接口 5和電化學(xué)引線接口 6位于引線接口基底7上，電生理學(xué)引線接口 5和電化學(xué)引線接口 6引出的導(dǎo)線捆綁成束，外加絕緣皮形成外部電纜束8，連接到外部設(shè)備；電生理學(xué)微電極1和電化學(xué)微電極2表面分別涂覆電生理學(xué)電極表面涂層9和電化學(xué)表面電極涂層10。電極基底3和引線接口基底7的材質(zhì)為硅；電生理學(xué)微電極1和電化學(xué)微電極2 為金電極；電極內(nèi)引線4為多晶硅材料；電生理學(xué)引線接口 5和電化學(xué)引線接口 6直徑為 200 μ m;電生理學(xué)電極表面涂層9材料為鉬黑；電化學(xué)表面電極涂層10材料為硫辛酸修飾的電化學(xué)活化碳纖維；電生理學(xué)微電極1與電化學(xué)微電極2橫向間距為4 μ m，電生理學(xué)微電極1或電化學(xué)微電極2的測試點大小為5 μ mX 5 μ m，每組微電極的垂直距離為100 μ m ； 所述微電極長度為2. 5mm,寬度為100-200 μ m,厚度為80-120 μ m。本實施例植入式雙性能測試微電極陣列工作過程如下對于電生理學(xué)微電極，神經(jīng)元在刺激的條件下產(chǎn)生動作電位，由電生理學(xué)微電極采集電信號，依次經(jīng)過電生理電極的引線、引線接口和外部電纜束傳送到外部記錄設(shè)備；對于電化學(xué)測試電極神經(jīng)元在刺激的條件下釋放神經(jīng)遞質(zhì)(如多巴胺)催化電化學(xué)微電極表面涂層材料，引發(fā)電化學(xué)測量電極的電流響應(yīng)，電流由相應(yīng)電極的引線、引線接口和外部電纜束傳送到外部記錄設(shè)備。實施例2本實施例植入式雙性能測試微電極陣列包括電生理學(xué)微電極1、電化學(xué)微電極2、 電極基底3、電極內(nèi)引線4、電生理學(xué)引線接口 5、電化學(xué)引線接口 6、引線接口基底7、外部電纜束8、電生理學(xué)電極表面涂層9、電化學(xué)表面電極涂層10 ；電生理學(xué)微電極1和電化學(xué)微電極2分別對應(yīng)位于電極基底3兩側(cè)，成對排列，有4-8組；電生理學(xué)微電極1和電化學(xué)微電極2通過各自的電極內(nèi)引線4連接到電生理學(xué)引線接口 5和電化學(xué)引線接口 6，電生理學(xué)引線接口 5和電化學(xué)引線接口 6位于引線接口基底7上，電生理學(xué)引線接口 5和電化學(xué)引線接口 6引出的導(dǎo)線捆綁成束，外加絕緣皮形成外部電纜束8，連接到外部設(shè)備；電生理學(xué)微電極1和電化學(xué)微電極2表面分別涂覆電生理學(xué)電極表面涂層9和電化學(xué)表面電極涂層 10。電極基底3和引線接口基底7的材質(zhì)為SiO2 ；電生理學(xué)微電極1和電化學(xué)微電極 2為鉬銥合金電極；電極內(nèi)引線4為多晶硅材料；電生理學(xué)引線接口 5和電化學(xué)引線接口 6 直徑為250 μ m ；電生理學(xué)電極表面涂層9材料為鉬黑；電化學(xué)表面電極涂層10材料為硫辛酸修飾的電化學(xué)活化碳纖維；電生理學(xué)微電極1與電化學(xué)微電極2橫向間距為5 μ m，電生理學(xué)微電極1或電化學(xué)微電極2的測試點大小為5 μ mX 5 μ m，每組微電極的垂直距離為 50 μ m ；所述微電極長度為2. 5mm,寬度為100-200 μ m,厚度為80-120 μ m。本實施例植入式雙性能測試微電極陣列工作過程如下對于電生理學(xué)微電極，神經(jīng)元在刺激的條件下產(chǎn)生動作電位，由電生理學(xué)微電極采集電信號，依次經(jīng)過電生理電極的引線、引線接口和外部電纜束傳送到外部記錄設(shè)備；對于電化學(xué)測試電極神經(jīng)元在刺激的條件下釋放神經(jīng)遞質(zhì)(如多巴胺)催化電化學(xué)微電極表面涂層材料，引發(fā)電化學(xué)測量電極的電流響應(yīng)，電流由相應(yīng)電極的引線、引線接口和外部電纜束傳送到外部記錄設(shè)備。實施例3
本實施例植入式雙性能測試微電極陣列包括電生理學(xué)微電極1、電化學(xué)微電極2、 電極基底3、電極內(nèi)引線4、電生理學(xué)引線接口 5、電化學(xué)引線接口 6、引線接口基底7、外部電纜束8、電生理學(xué)電極表面涂層9、電化學(xué)表面電極涂層10 ；電生理學(xué)微電極1和電化學(xué)微電極2分別對應(yīng)位于電極基底3兩側(cè)，成對排列，有4-8組；電生理學(xué)微電極1和電化學(xué)微電極2通過各自的電極內(nèi)引線4連接到電生理學(xué)引線接口 5和電化學(xué)引線接口 6，電生理學(xué)引線接口 5和電化學(xué)引線接口 6位于引線接口基底7上，電生理學(xué)引線接口 5和電化學(xué)引線接口 6引出的導(dǎo)線捆綁成束，外加絕緣皮形成外部電纜束8，連接到外部設(shè)備；電生理學(xué)微電極1和電化學(xué)微電極2表面分別涂覆電生理學(xué)電極表面涂層9和電化學(xué)表面電極涂層 10。電極基底3和引線接口基底7的材質(zhì)為SiO2 ；電生理學(xué)微電極1和電化學(xué)微電極 2為鎢電極；電極內(nèi)引線4為多晶硅材料；電生理學(xué)引線接口 5和電化學(xué)引線接口 6直徑為 300 μ m;電生理學(xué)電極表面涂層9材料為鉬黑；電化學(xué)表面電極涂層10材料為硫辛酸修飾的電化學(xué)活化碳纖維；電生理學(xué)微電極1與電化學(xué)微電極2橫向間距為6 μ m，電生理學(xué)微電極1或電化學(xué)微電極2的測試點大小為5 μ mX 5 μ m，每組微電極的垂直距離為150 μ m ； 所述微電極長度為2. 5mm,寬度為100-200 μ m,厚度為80-120 μ m。本實施例植入式雙性能測試微電極陣列工作過程如下對于電生理學(xué)微電極，神經(jīng)元在刺激的條件下產(chǎn)生動作電位，由電生理學(xué)微電極采集電信號，依次經(jīng)過電生理電極的引線、引線接口和外部電纜束傳送到外部記錄設(shè)備；對于電化學(xué)測試電極神經(jīng)元在刺激的條件下釋放神經(jīng)遞質(zhì)(如多巴胺)催化電化學(xué)微電極表面涂層材料，引發(fā)電化學(xué)測量電極的電流響應(yīng)，電流由相應(yīng)電極的引線、引線接口和外部電纜束傳送到外部記錄設(shè)備。
權(quán)利要求
1.一種植入式雙性能測試微電極陣列，其特征在于，該微電極陣列由至少一個以上微電極和外部電纜束(8)組成，每個微電極包括電生理學(xué)微電極(1)、電化學(xué)微電極O)、電極基底(3)、電極內(nèi)引線(4)、電生理學(xué)引線接口(5)、電化學(xué)引線接口(6)、引線接口基底(7)、 電生理學(xué)電極表面涂層(9)、電化學(xué)表面電極涂層(10)；電生理學(xué)微電極(1)和電化學(xué)微電極⑵分別對應(yīng)位于電極基底(3)兩側(cè)，成對排列，有4-8組；電生理學(xué)微電極⑴和電化學(xué)微電極⑵通過各自的電極內(nèi)引線⑷連接到電生理學(xué)引線接口(5)和電化學(xué)引線接口 (6)，電生理學(xué)引線接口(5)和電化學(xué)引線接口(6)位于引線接口基底(7)上，電生理學(xué)引線接口(5)和電化學(xué)引線接口(6)引出的導(dǎo)線捆綁成束，外加絕緣皮形成外部電纜束(8)， 連接到外部設(shè)備；電生理學(xué)微電極(1)和電化學(xué)微電極( 表面分別涂覆電生理學(xué)電極表面涂層(9)和電化學(xué)表面電極涂層(10)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種植入式雙性能測試微電極陣列，其特征在于，所述電極基底(3)和引線接口基底(7)的材質(zhì)為硅或Si02。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種植入式雙性能測試微電極陣列，其特征在于，所述電生理學(xué)微電極(1)和電化學(xué)微電極( 為金屬電極，電極材料選自鎢、金、鉬、銥或鉬銥合金中的一種。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種植入式雙性能測試微電極陣列，其特征在于，所述電極內(nèi)引線(4)為多晶硅材料。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種植入式雙性能測試微電極陣列，其特征在于，所述電生理學(xué)引線接口(5)和電化學(xué)引線接口(6)直徑為200-300μπι。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種植入式雙性能測試微電極陣列，其特征在于，所述電生理學(xué)電極表面涂層(9)材料為鉬黑；所述電化學(xué)表面電極涂層(10)材料為硫辛酸修飾的電化學(xué)活化碳纖維。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種植入式雙性能測試微電極陣列，其特征在于，所述電生理學(xué)微電極(1)與電化學(xué)微電極⑵橫向間距為4-6 μ m，電生理學(xué)微電極⑴或電化學(xué)微電極⑵的測試點大小為δμπιΧδμπι，每組微電極的垂直距離為50-150μπι。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種植入式雙性能測試微電極陣列，其特征在于，所述微電極長度為2. 5mm,寬度為100—200 μ m,厚度為80—120 μ m。
全文摘要
本發(fā)明公開了屬于微機械加工技術(shù)領(lǐng)域的一種植入式雙性能測試微電極陣列。該微電極陣列由至少一個以上微電極和外部電纜束組成，每個微電極包括電生理學(xué)微電極、電化學(xué)微電極、電極基底、電極內(nèi)引線、電生理學(xué)引線接口、電化學(xué)引線接口、引線接口基底、電生理學(xué)電極表面涂層、電化學(xué)表面電極涂層。具有涂層的微電極分布在電極基底的表面，并且在水平方向上有兩個距離相對適宜且對應(yīng)的微電極，分別用于電生理和電化學(xué)測量，外部電纜束中的電纜將引線接口與外部設(shè)備連接起來向外部設(shè)備輸出信號。本發(fā)明基于神經(jīng)系統(tǒng)的空間結(jié)構(gòu)特點，能夠在有效的空間內(nèi)實現(xiàn)神經(jīng)元的電生理電信號記錄和電化學(xué)遞質(zhì)的同時檢測。
文檔編號B81B3/00GK102390801SQ20111017294
公開日2012年3月28日 申請日期2011年6月24日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月24日
發(fā)明者杜芝燕, 林秋霞, 段翠密, 王妍, 王常勇, 陳威震, 韓堯 申請人:中國人民解放軍軍事醫(yī)學(xué)科學(xué)院基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)研究所