一種植入式多功能雙面微型腦電極陣列芯片的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及微機(jī)電加工技術(shù)領(lǐng)域和植入式微電極技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種植入式多功能雙面微型腦電極陣列芯片。
【背景技術(shù)】
[0002]在醫(yī)學(xué)康復(fù)領(lǐng)域，治療帕金森綜合癥、嚴(yán)重癲癇和各種成癮癥等疾病，通常采用外科手術(shù)在病灶附近植入腦電極，并給予一定頻率、脈寬和幅值的電刺激來進(jìn)行治療。目前臨床上使用的主要是美敦力的產(chǎn)品對(duì)患者進(jìn)行腦深部電刺激(DBS)的治療，盡管DBS在臨床上應(yīng)用廣泛，但是其作用機(jī)制目前尚不明確。長期以來，人們利用膜片鉗、金屬微電極和玻璃微電極對(duì)在體或離體的神經(jīng)細(xì)胞進(jìn)行電生理基礎(chǔ)研究和動(dòng)物實(shí)驗(yàn)。受材料和加工工藝限制，這些電極的通道數(shù)量較少，作用區(qū)域有限，且功能比較單一集成度不高。近年來隨著微機(jī)電加工技術(shù)(MEMS)發(fā)展，國內(nèi)外陸續(xù)涌現(xiàn)出多種材料和工藝制造的微腦電極，在DBS領(lǐng)域取得了一定研究成果，但多數(shù)電極都是功能單一的單面電極，這在很大程度上限制了 DBS的刺激效果并造成了信號(hào)記錄的局限性。
[0003]神經(jīng)系統(tǒng)是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)，簡單記錄腦電信號(hào)、電化學(xué)信號(hào)或者盲目的電刺激都很難有實(shí)質(zhì)性的突破。人的大腦中有成千上萬的神經(jīng)細(xì)胞，它們之間通過突觸傳遞電信號(hào)和化學(xué)信號(hào)。在用腦深部電刺激術(shù)治療帕金森等精神疾病時(shí)，能夠同時(shí)記錄神經(jīng)細(xì)胞電生理信號(hào)和獲取多巴胺等神經(jīng)遞質(zhì)電化學(xué)信號(hào)等多維度微弱信號(hào)，對(duì)研究腦深部電刺激治療效果具有重要意義。因此，研發(fā)一種能夠同時(shí)進(jìn)行電脈沖刺激，腦電信號(hào)檢測和電化學(xué)檢測的多功能高集成度的腦電極對(duì)DBS的研究是很有必要的。
[0004]基于微機(jī)電系統(tǒng)技術(shù)(MEMS)，通過微納加工技術(shù)，在以硅基為基底的電極雙側(cè)合理規(guī)劃和布局電極功能區(qū)域，實(shí)現(xiàn)在電脈沖刺激的同時(shí)檢測腦電信號(hào)和電化學(xué)信號(hào)，未見有相關(guān)報(bào)道。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，本發(fā)明的目的在于提供一種植入式多功能雙面微型腦電極陣列芯片，該電極芯片以硅基為基底，多通道電極位點(diǎn)布局在電極芯片雙側(cè)，能夠在進(jìn)行電脈沖刺激的同時(shí)用于腦電信號(hào)和電化學(xué)檢測，適合長期植入腦內(nèi)，為神經(jīng)性疾病的治療和研究提供幫助。
[0006]為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案為:
[0007]—種植入式多功能雙面微型腦電極陣列芯片，包括電極桿I，電極桿I每一個(gè)面分布有三個(gè)電脈沖刺激電極位點(diǎn)2，四個(gè)電化學(xué)檢測電極位點(diǎn)4和七個(gè)腦電檢測電極位點(diǎn)3;電脈沖刺激電極位點(diǎn)2、腦電檢測電極位點(diǎn)3和電化學(xué)檢測電極位點(diǎn)4對(duì)稱分布在電極桿I的兩個(gè)面的中軸線上；電化學(xué)檢測電極位點(diǎn)4和腦電檢測電極位點(diǎn)3通過檢測電極引線6連接到電極引線接口焊盤7;電脈沖刺激電極位點(diǎn)2通過刺激電極引線5連接到電極引線接口焊盤7;電極引線接口焊盤7對(duì)稱分布在電極柄8的兩個(gè)面的中軸線的兩側(cè)，電極引線接口焊盤7在電極柄8每個(gè)側(cè)面上共分布2組X 7個(gè)。
[0008]所述電極桿I的基底材料為單晶硅、參雜硅或SOI硅片其中之一，所述電極桿I的厚度為200um，尖端呈32度角，電極桿I主體寬度400-600um，長8.8mm，電極桿l表面覆蓋200-300nm絕緣層 ，絕緣層為二氧化娃或氮化娃其中之一。
[0009]所述電極柄8的基底材料為單晶硅、參雜硅或SOI硅片其中之一，電極柄8的厚度為200um，長4mm，寬2mm，電極柄8表面覆蓋200_300nm絕緣層，絕緣層為二氧化娃或氮化娃其中之一O
[0010]所述電脈沖刺激電極位點(diǎn)2、腦電檢測電極位點(diǎn)3和電化學(xué)檢測電極位點(diǎn)4的電極材料是生物相容性好的金屬薄膜，包括金、鉑、銥、鈦，厚度200-300nm，通過20_30nm金屬鉻粘結(jié)在電極基底上;所述電脈沖刺激電極位點(diǎn)2為直徑10um的圓形區(qū)域，所述腦電檢測電極位點(diǎn)3為直徑20um的圓形區(qū)域，所述電化學(xué)檢測電極位點(diǎn)4為直徑50um的圓形區(qū)域；
[0011 ]所述電脈沖刺激電極位點(diǎn)2與腦電檢測電極位點(diǎn)3相間排列，間距250um;所述電化學(xué)檢測電極位點(diǎn)4和腦電檢測電極位點(diǎn)3相間排列，間距300um。
[0012]所述刺激電極引線5、檢測電極引線6和電極引線接口焊盤7的材料為包括金、鉑、銅導(dǎo)電性能良好的金屬的一種，厚度200-300nm，通過20-30nm金屬鉻粘結(jié)在電極基底上；
[0013]所述刺激電極引線5和檢測電極引線6表面絕緣的方法是，通過磁控濺射技術(shù)在其上面均勻?yàn)R射一層200-300nm厚S12絕緣層；
[0014]所述刺激電極引線5寬度10um，間距5um;所述檢測電極引線6寬度5um，間距5um;所述刺激電極引線5和檢測電極引線6分別在微電極同一面的中軸線兩側(cè)布線，所述電極引線接口焊盤7大小為400um X 400um，垂直間距200um。
[0015]本發(fā)明的意義在于:在一個(gè)微電極陣列芯片上高度集成電脈沖刺激電極、腦電檢測電極和電化學(xué)檢測電極，利用電極材料、布局和結(jié)構(gòu)的差異，實(shí)現(xiàn)對(duì)神經(jīng)系統(tǒng)特定區(qū)域的電脈沖刺激、腦電信號(hào)檢測和電化學(xué)檢測功能;本發(fā)明充分考慮電極刺激的作用范圍和刺激效果，采用雙面布局電極的方式，雙面電脈沖刺激。
【附圖說明】
[0016]圖1是本發(fā)明一個(gè)微電極陣列芯片的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0017]圖2是距尖端第二個(gè)脈沖刺激電極處的截面結(jié)構(gòu)圖。
[0018]圖中:1.電極桿，2.脈沖刺激電極位點(diǎn)，3.腦電檢測電極位點(diǎn)，4.電化學(xué)檢測電極位點(diǎn)，5.刺激電極引線，6.檢測電極引線，7.電極引線接口焊盤，8.電極柄。
【具體實(shí)施方式】
[0019]下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說明。
[0020]如圖1、2所示，一種植入式多功能雙面微型腦電極陣列芯片，包括電極桿1、電脈沖刺激電極位點(diǎn)2、腦電檢測電極位點(diǎn)3、電化學(xué)檢測電極位點(diǎn)4、刺激電極引線5、檢測電極引線6、電極引線接口焊盤7和電極柄8;電極桿I每一個(gè)面分布有三個(gè)電脈沖刺激電極位點(diǎn)2，四個(gè)電化學(xué)檢測電極位點(diǎn)4和七個(gè)腦電檢測電極位點(diǎn)3;電脈沖刺激電極位點(diǎn)2、腦電檢測電極位點(diǎn)3和電化學(xué)檢測電極位點(diǎn)4對(duì)稱分布在電極桿I的兩個(gè)面的中軸線上；電化學(xué)檢測電極位點(diǎn)4和腦電檢測電極位點(diǎn)3通過檢測電極引線6連接到電極引線接口焊盤7;電脈沖刺激電極位點(diǎn)2通過刺激電極引線5連接到電極引線接口焊盤7;電極引線接口焊盤7對(duì)稱分布在電極柄8的兩個(gè)面的中軸線的兩側(cè)，電極引線接口焊盤7在電極柄8的每個(gè)側(cè)面上共分布2組X7個(gè)。
[0021]所述電脈沖刺激電極位點(diǎn)2、腦電檢測電極位點(diǎn)3、電化學(xué)檢測電極位點(diǎn)4采用雙面布局加工，對(duì)稱分布在電極芯片兩側(cè)，與單面布局電極位點(diǎn)相比可以大幅提高刺激或者信號(hào)采集的空間分辨率。
[0022]所述電脈沖刺激電極位點(diǎn)2、腦電檢測電極位點(diǎn)3通過電沉積方法在其上面沉積一層貴金屬納米顆粒，以降低相應(yīng)電極位點(diǎn)阻抗，提高電刺激和信號(hào)采集質(zhì)量。
[0023]所述電化學(xué)檢測電極位點(diǎn)4通過電化學(xué)修飾一層選擇性聚合物膜和納米復(fù)合物后用于選擇性檢測神經(jīng)遞質(zhì)多巴胺的濃度。
[0024]所述電極桿I的基底材料為單晶硅、參雜硅或SOI硅片其中之一，所述電極桿I的厚度為200um，尖端呈32度角，電極桿I主體寬度400-600um，長8.8mm，電極桿l表面覆蓋200-300nm絕緣層 ，絕緣層為二氧化娃或氮化娃其中之一；
[0025]所述電極柄8的基底材料為單晶硅、參雜硅或SOI硅片其中之一，