專利名稱：一種柔性管狀微電極及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種生物醫(yī)學(xué)工程技術(shù)領(lǐng)域的微電極及其制備方法，具體是一種柔性管狀微電極及其制備方法。
背景技術(shù)：
利用功能電刺激(functional electrical stimulation, FES)醫(yī)療設(shè)備模擬運(yùn)動(dòng)神經(jīng)對(duì)特定肌肉群施加電刺激幫助癱瘓患者恢復(fù)肌肉重建和做康復(fù)訓(xùn)練。但由于肌肉不僅受運(yùn)動(dòng)神經(jīng)電信號(hào)支配進(jìn)行伸縮，而且需要從神經(jīng)細(xì)胞獲取必須的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，只對(duì)肌肉進(jìn) 行功能電刺激會(huì)導(dǎo)致組織逐漸由于營(yíng)養(yǎng)不良而萎縮最終壞死。柔性管狀微電極能夠在對(duì)癱瘓的肌肉部位進(jìn)行功能電刺激，同時(shí)對(duì)癱瘓部位進(jìn)行微流體給藥向神經(jīng)或肌肉組織輸送所需營(yíng)養(yǎng)和藥物，且柔性小尺寸電極利于精確操作和植入。經(jīng)對(duì)現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)的檢索發(fā)現(xiàn)，Jessin John, YuefaLi等在JOURNAL OFMICROMECHANICS AND MICROENGINEERING· 21 (2011) 105011 撰文“Microfabrication of 3Dneural probes with combined electrical and chemical interfaces”(“結(jié)合電和化學(xué)接口的3D神經(jīng)探針的微制造”《微機(jī)械和微工程期刊》)。該文獻(xiàn)中提及了一種新型集成微通道的3D電極陣列神經(jīng)探針及制造技術(shù)。該技術(shù)通過二氟化氙氣體各向同性刻蝕硅基體和沉積聚對(duì)二甲苯密封工藝制造集成于3D神經(jīng)電極上的微流道。其缺點(diǎn)在于使用硅基體制作的剛性神經(jīng)電極不宜使用于植入式醫(yī)療設(shè)備，且易造成組織損傷；其制造工藝過程較為復(fù)雜，電極制作成本高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足，提供一種柔性管狀微電極及其制備方法。管狀微電極可在進(jìn)行生物電刺激或電記錄的同時(shí)，通過管道對(duì)組織定點(diǎn)流體給藥；電極基于柔性生物相容材料，利于制作和集成于植入式醫(yī)療設(shè)備。同時(shí)本發(fā)明制造過程簡(jiǎn)單，采用濺射、沉積和激光刻蝕結(jié)合的方法制備此管狀微電極，其工藝簡(jiǎn)單成本低，易于定制電極結(jié)構(gòu)尺寸以便實(shí)現(xiàn)不同功能。本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的本發(fā)明所述的柔性管狀微電極的制備方法，具體為首先截取一段聚合物毛細(xì)管；然后在聚合物毛細(xì)管表面濺射金屬層；接著在毛細(xì)管表面沉積聚合物作為電極絕緣層；最后使用激光刻蝕毛細(xì)管表面聚合物絕緣層，露出金屬電極點(diǎn)，得到管狀微電極。進(jìn)一步的，所述方法包括以下步驟第一步、截取一段聚合物毛細(xì)管，在其表面濺射金屬層。所述聚合物毛細(xì)管為聚酰亞胺毛細(xì)管、聚四氟乙烯毛細(xì)管、聚對(duì)苯二甲酸乙二酯毛細(xì)管和聚乙烯毛細(xì)管，其外徑為0. I I毫米，聚合物毛細(xì)管材料均為生物相容材料，細(xì)微尺寸保證其柔軟易彎曲。所述在聚合物毛細(xì)管表面濺射的金屬具體是指金、鉬、銥、鈦/鎢/金、鈦/鎢/鉬或鈦/鎢/銥，濺射金屬厚度為100 200納米，為電極導(dǎo)電通路層，表面貴金屬材料不易被腐蝕而變質(zhì)。第二步、在表面濺射金屬層的聚合物毛細(xì)管上沉積聚合物作為電極絕緣層。所述絕緣層聚合物為聚對(duì)二甲苯或聚酰亞胺，為生物相容材料。所述沉積方法具體是指氣相 沉積或涂覆。所述絕緣層，沉積厚度為3 10微米，使電極導(dǎo)電通路絕緣。。第三步、利用激光在指定部位刻蝕掉表面的聚合物絕緣層，露出金屬電極點(diǎn)，制成管狀微電極。所述激光刻蝕使用激光波長(zhǎng)小于或等于355納米，刻蝕寬度為10 100微米，使電極點(diǎn)擁有好的空間選擇性，且與組織充分接觸。本發(fā)明上述方法得到的柔性管狀微電極，由最內(nèi)層的聚合物管層、中間層的濺射金屬層、最外層的聚合物絕緣層和除去聚合物絕緣層的電極點(diǎn)部位四部分組成。最內(nèi)層的聚合物管層為柔性管狀微電極的結(jié)構(gòu)層，其內(nèi)部中空管路為流體通道。中間金屬層以濺射的方式覆蓋在聚合物毛細(xì)管表面，形成電極導(dǎo)電通路。最外層的聚合物絕緣層為柔性管狀微電極的表面絕緣層，使用氣相沉積或涂覆的方式與內(nèi)層的濺射金屬層相連接。除去聚合物絕緣層的電極點(diǎn)部位為柔性管狀微電極的電極點(diǎn)，通過激光刻蝕去除表面聚合物絕緣層露出濺射金屬層形成。本發(fā)明采用濺射、沉積及激光刻蝕方法制造柔性管狀微電極，與現(xiàn)有技術(shù)相比，其優(yōu)點(diǎn)在于制得柔性管狀微電極的工藝過程簡(jiǎn)單，成本低；使用柔性聚合物毛細(xì)管不易造成組織損傷，利于加工和集成植入式醫(yī)療設(shè)備；沉積生物相容聚合物材料作為絕緣層，其具有好的生物相容性且結(jié)合牢固；激光刻蝕能夠精確電極點(diǎn)形狀和大??；柔性管狀微電極集成度高，可定制不同材料、電極點(diǎn)數(shù)和尺寸參數(shù)的多種電極類型以滿足不同需求。


圖I為實(shí)施例I示意圖。圖2為實(shí)施例2示意圖。圖3為實(shí)施例3示意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例作詳細(xì)說明本實(shí)施例在以本發(fā)明技術(shù)方案為前提下進(jìn)行實(shí)施，給出了詳細(xì)的實(shí)施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于下述的實(shí)施例。實(shí)施例I如圖I所示，本實(shí)施例按以下步驟進(jìn)行制備I.截取外徑為O. I毫米的聚酰亞胺毛細(xì)管，在去離子水中使用超聲波震蕩進(jìn)行清洗；2.在毛細(xì)管表面濺射鈦/鎢/金層100 200納米，其中鈦/鎢層30納米為粘
結(jié)層；3.在濺射金屬層的毛細(xì)管表面化學(xué)氣相沉積聚對(duì)二甲苯絕緣層3 10微米；
4.使用波長(zhǎng)為266納米激光在毛細(xì)管一個(gè)特定部位刻蝕掉表面絕緣層，刻蝕寬度為10 100微米，露出金屬層電極點(diǎn)，得到一個(gè)電極點(diǎn)的聚酰亞胺管金微電極。實(shí)施例2如圖2所示，本實(shí)施例按以下步驟進(jìn)行制備I.截取外徑為O. 3毫米的聚酰亞胺毛細(xì)管，在去離子水中使用超聲波震蕩進(jìn)行清洗；2.在毛細(xì)管表面濺射鈦/鎢/鉬層100 200納米，其中鈦/鎢層30納米為粘
結(jié)層；

3.在濺射金屬層的毛細(xì)管表面涂覆聚酰亞胺絕緣層3 10微米；4.使用波長(zhǎng)為266納米激光在毛細(xì)管兩個(gè)特定部位刻蝕掉表面絕緣層，刻蝕寬度為10 100微米，露出金屬層電極點(diǎn)，得到兩個(gè)電極點(diǎn)的聚酰亞胺管鉬微電極。實(shí)施例3如圖3所示，本實(shí)施例按以下步驟進(jìn)行制備I.截取外徑為O. 3毫米的聚四氟乙烯毛細(xì)管，在去離子水中使用超聲波震蕩進(jìn)行清洗；2.在毛細(xì)管表面濺射鈦/鎢/鉬層100 200納米，其中鈦/鎢層30納米為粘
結(jié)層；3.在濺射金屬層的毛細(xì)管表面化學(xué)氣相沉積聚對(duì)二甲苯絕緣層3 10微米；4.使用波長(zhǎng)為266納米激光在毛細(xì)管四個(gè)特定部位刻蝕掉表面絕緣層，刻蝕寬度為10 100微米，露出金屬層電極點(diǎn)，得到四個(gè)電極點(diǎn)的聚四氟乙烯管鉬微電極。應(yīng)當(dāng)理解的是，以上為本發(fā)明部分實(shí)施例，本發(fā)明通過變化以下的實(shí)施條件也是同樣可以實(shí)現(xiàn)的所述的聚合物毛細(xì)管具體是指聚酰亞胺毛細(xì)管、聚四氟乙烯毛細(xì)管、聚對(duì)苯二甲酸乙二酯毛細(xì)管和聚乙烯毛細(xì)管中一種，聚合物毛細(xì)管外徑為O. I I毫米。所述的在聚合物毛細(xì)管表面濺射的金屬具體是指金、鉬、銥、鈦/鎢/金、鈦/鎢/鉬或鈦/鎢/銥。所述的沉積聚合物絕緣層具體是指氣象沉積聚對(duì)二甲苯或涂覆聚酰亞胺，沉積厚度為3 10微米。所述的激光波長(zhǎng)小于或等于355納米，刻蝕寬度為10 100微米。采用此方法能制備得到柔性管狀微電極，此管狀電極能夠在電極對(duì)生理組織進(jìn)行電刺激和電記錄的同時(shí)，通過微管通道向組織器官輸送流體藥物，且柔性微尺寸利于測(cè)試或?qū)嶒?yàn)操作及制成植入式醫(yī)療設(shè)備。同時(shí)本發(fā)明制備過程簡(jiǎn)單，采用濺射金屬、沉積聚合物和激光刻蝕結(jié)合的方法制備此管狀微電極，其成本低且便于生產(chǎn)制造，且電極材料、尺寸和樣式可依據(jù)需求定制,利于普及和集成。盡管本發(fā)明的內(nèi)容已經(jīng)通過上述優(yōu)選實(shí)施例作了詳細(xì)介紹，但應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到上述的描述不應(yīng)被認(rèn)為是對(duì)本發(fā)明的限制。在本領(lǐng)域技術(shù)人員閱讀了上述內(nèi)容后，對(duì)于本發(fā)明的多種修改和替代都將是顯而易見的。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)由所附的權(quán)利要求來限定。
權(quán)利要求
1.一種柔性管狀微電極的制備方法，其特征在于，包括以下步驟 第一步、截取一段聚合物毛細(xì)管，在其表面濺射金屬層； 第二步、在濺射金屬層的毛細(xì)管表面沉積聚合物絕緣層； 第三步、使用激光在指定部位刻蝕掉毛細(xì)管表面聚合物絕緣層，露出金屬層電極點(diǎn)，得到管狀微電極。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的柔性管狀微電極的制備方法，其特征是，所述的聚合物毛細(xì)管具體是指聚酰亞胺毛細(xì)管、聚四氟乙烯毛細(xì)管、聚對(duì)苯二甲酸乙二酯毛細(xì)管和聚乙烯毛細(xì)管中一種。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的柔性管狀微電極的制備方法，其特征是，所述的聚合物毛細(xì)管外徑為O. I I毫米。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的柔性管狀微電極的制備方法，其特征是，所述的在聚合物毛細(xì)管表面濺射的金屬具體是指金、鉬、銥、鈦/鎢/金、鈦/鎢/鉬或鈦/鎢/銥，濺射金屬厚度為100 200納米，為電極導(dǎo)電通路層，表面貴金屬材料不易被腐蝕而變質(zhì)。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的柔性管狀微電極的制備方法，其特征是，所述的沉積聚合物絕緣層具體是指氣象沉積聚對(duì)二甲苯或涂覆聚酰亞胺。
6.根據(jù)權(quán)利要求I或5所述的柔性管狀微電極的制備方法，其特征是，所述的沉積聚合物絕緣層沉積厚度為3 10微米。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的柔性管狀微電極的制備方法，其特征是，所述的激光波長(zhǎng)小于或等于355納米，刻蝕寬度為10 100微米。
8.一種采用權(quán)利要求1-7所述方法得到的柔性管狀微電極，其特征是所述微電極由最內(nèi)層的聚合物管層、中間層的濺射金屬層、最外層的聚合物絕緣層和除去聚合物絕緣層的電極點(diǎn)部位組成。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的柔性管狀微電極，其特征是，所述最內(nèi)層的聚合物管層為柔性管狀微電極的結(jié)構(gòu)層，其內(nèi)部中空管路為流體通道。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的柔性管狀微電極，其特征是，所述中間層的濺射金屬層為柔性管狀微電極的導(dǎo)電通路，使用濺射的方式與內(nèi)層的聚合物管層相連接。
11.根據(jù)權(quán)利要求8所述的柔性管狀微電極，其特征是，所述最外層的聚合物絕緣層為柔性管狀微電極的表面絕緣層，使用氣相沉積或涂覆的方式與內(nèi)層的濺射金屬層相連接。
12.根據(jù)權(quán)利要求8所述的柔性管狀微電極，其特征是，所述除去聚合物絕緣層的電極點(diǎn)部位為柔性管狀微電極的電極點(diǎn)，通過激光刻蝕去除表面聚合物絕緣層露出濺射金屬層形成。
全文摘要
本發(fā)明公開一種柔性管狀微電極及其制備方法，所述方法首先截取一段聚合物毛細(xì)管；然后在聚合物毛細(xì)管表面濺射金屬層；接著在毛細(xì)管表面沉積聚合物作為電極絕緣層；最后使用激光刻蝕毛細(xì)管表面聚合物絕緣層，露出金屬電極點(diǎn)，得到管狀微電極。本發(fā)明制備的柔性管狀微電極能夠在電極對(duì)生理組織進(jìn)行電刺激和電記錄的同時(shí)，通過微管通道向組織器官輸送流體藥物，且柔性微尺寸利于測(cè)試或?qū)嶒?yàn)操作及制成植入式醫(yī)療設(shè)備。
文檔編號(hào)A61N1/05GK102815664SQ201210274020
公開日2012年12月12日 申請(qǐng)日期2012年8月2日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月2日
發(fā)明者劉景全, 田鴻昌, 康曉洋, 楊斌, 楊春生 申請(qǐng)人:上海交通大學(xué)