本發(fā)明涉及醫(yī)療器械領(lǐng)域，尤其涉及一種基于碳納米管線(xiàn)的植入式神經(jīng)電極。

背景技術(shù)：

作為生物神經(jīng)系統(tǒng)與人工電子設(shè)備的物理通道，植入式神經(jīng)電極的性能直接決定了生物神經(jīng)電信號(hào)的采集和神經(jīng)電刺激的長(zhǎng)期可靠性。神經(jīng)電極的設(shè)計(jì)考慮因素主要包括材料的生物相容性與生物安全性、電極的力學(xué)與電化學(xué)穩(wěn)定性、以及制作工藝的重復(fù)性等。

傳統(tǒng)的針對(duì)外周和中樞神經(jīng)組織的植入式神經(jīng)電極多采用聚合物、鉑、銥或硅的材料，盡管已經(jīng)可以實(shí)現(xiàn)電極的功能，但是難以做到高生物相容性、柔性(即低機(jī)械損傷性)、高信噪比和高電荷注入能力的統(tǒng)一。其中，電極的柔性是一個(gè)巨大的問(wèn)題，柔性極大地影響電極與神經(jīng)纖維之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，電極的柔性越高，電極與神經(jīng)纖維之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)越少，造成的機(jī)械損傷越小，有利于神經(jīng)組織的再生和提高神經(jīng)信號(hào)的信噪比。電極越細(xì)，彎曲模量越小則柔性越好；然而電極粗細(xì)受到材料本身電化學(xué)性質(zhì)和機(jī)械性質(zhì)的影響，普通材料過(guò)細(xì)容易斷裂且會(huì)提高阻抗，不利于電極實(shí)施電刺激。因此，研制兼具優(yōu)越的柔性、電化學(xué)特性和生物相容性的新型電極是實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)期穩(wěn)定的神經(jīng)電信號(hào)記錄或刺激的關(guān)鍵。

經(jīng)對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的文獻(xiàn)檢索發(fā)現(xiàn)，cutrone等人在journalofneuralengineering(神經(jīng)工程期刊，12(2015)016016)上發(fā)表的“athree-dimensionalself-openingintraneuralperipheralinterface(seline)”(三維自固定的外周神經(jīng)接口)，該文提出一種基于聚酰亞胺材料的可固定在外周神經(jīng)束內(nèi)的神經(jīng)電極。具體設(shè)計(jì)思路為：通過(guò)寬度為150μm的結(jié)構(gòu)，在體將寬度為360μm的電極陣列固定在外周神經(jīng)束內(nèi)。該電極陣列的基底材料為聚酰亞胺，金作為電極材料。其不足在于：生物體在自由運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中，由于聚酰亞胺基底材料的柔性不足，因此將導(dǎo)致該電極陣列會(huì)直接引起神經(jīng)束內(nèi)的神經(jīng)纖維的機(jī)械損傷，無(wú)法實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)期有效的神經(jīng)電信號(hào)記錄或者刺激。同時(shí)，由于金作為電極材料的電荷注入能力差，在用作刺激電極時(shí)，容易發(fā)生電化學(xué)腐蝕，無(wú)法長(zhǎng)期用作刺激電極。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

有鑒于現(xiàn)有技術(shù)的上述缺陷，本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是現(xiàn)有的神經(jīng)電極難以同時(shí)有高生物相容性、低機(jī)械損傷性、高信噪比和高電荷注入能力，無(wú)法實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)期有效的對(duì)生物電信號(hào)進(jìn)行采集與輸出的問(wèn)題。

有鑒于現(xiàn)有技術(shù)的上述缺陷，本發(fā)明提供一種基于碳納米管線(xiàn)的植入式神經(jīng)電極，包括暴露部分1和絕緣部分2，所述暴露部分1與所述絕緣部分2來(lái)源于同一根碳納米管線(xiàn)電極，所述暴露部分1的碳納米管線(xiàn)電極直接暴露，所述絕緣部分2的碳納米管線(xiàn)電極被絕緣層包裹；所述暴露部分1用于神經(jīng)電信號(hào)的記錄或者對(duì)神經(jīng)進(jìn)行電刺激。

進(jìn)一步地，所述神經(jīng)電極的材料為碳納米管線(xiàn)，所述碳納米管線(xiàn)的直徑為100nm-100μm。

進(jìn)一步地，所述碳納米管線(xiàn)由多條直徑為0.1nm-10nm的單根碳納米管拉制而成。

進(jìn)一步地，所述暴露部分1的碳納米管線(xiàn)電極長(zhǎng)度范圍是1μm-1mm。

進(jìn)一步地，所述絕緣部分2的絕緣層材料為c型聚對(duì)二甲苯(parylene-c)或者醫(yī)用硅膠(silicone)。

進(jìn)一步地，所述絕緣部分2的絕緣層厚度為1μm-5μm。

進(jìn)一步地，所述植入式神經(jīng)電極的神經(jīng)植入載具是具有尖端的剛性固體結(jié)構(gòu)，如鎢絲、不銹鋼絲。

進(jìn)一步地，所述植入式神經(jīng)電極的記錄方式為差動(dòng)式記錄或者非差動(dòng)式記錄，所述差動(dòng)式記錄是指通過(guò)兩個(gè)相鄰的碳納米管線(xiàn)電極實(shí)現(xiàn)兩通道的神經(jīng)電信號(hào)的差動(dòng)記錄，消除共模的背景噪聲干擾，提高信噪比。

進(jìn)一步地，所述植入式神經(jīng)電極是單通道電極或者多通道電極。

進(jìn)一步地，所述植入式神經(jīng)電極的刺激方式為單極電刺激或者雙極電刺激，所述單極電刺激指的是回收電極(returnelectrode)尺寸大于刺激電極尺寸，并且距離刺激電極超過(guò)1厘米的刺激方式，所述回收電極與刺激電極形成一個(gè)回路；所述雙極電刺激指的是兩個(gè)距離在幾十微米至數(shù)毫米的刺激電極共同使用的刺激方式。

進(jìn)一步地，所述植入式神經(jīng)電極能夠用于外周或者中樞神經(jīng)系統(tǒng)組織。

進(jìn)一步地，所述植入式神經(jīng)電極的植入指的是所述暴露部分1完全置于外周神經(jīng)束內(nèi)或者中樞神經(jīng)組織內(nèi)部。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下有益效果：

1、本發(fā)明提供的神經(jīng)電極使用的材料為碳納米管線(xiàn)，碳納米管線(xiàn)具有優(yōu)越的柔性，即抗彎模量很低；在極小的直徑下，碳納米管線(xiàn)的柔性將遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于鉑、銥等金屬，實(shí)現(xiàn)神經(jīng)電極與神經(jīng)組織之間的緊密貼合，植入該神經(jīng)電極后長(zhǎng)期在體使用不易對(duì)神經(jīng)組織造成機(jī)械損傷。

2、本發(fā)明提供的神經(jīng)電極使用的碳納米管線(xiàn)材料具有優(yōu)越的抗拉強(qiáng)度，在碳納米管線(xiàn)直徑與神經(jīng)纖維相當(dāng)?shù)那闆r下，例如10μm時(shí)，不被生物體組織內(nèi)力扯斷。

3、本發(fā)明提供的神經(jīng)電極使用的碳納米管線(xiàn)材料的電化學(xué)性能好，具有很高的電荷注入能力，使用小尺寸碳納米管線(xiàn)電極即能夠?qū)崿F(xiàn)有效的電荷傳輸，從而提高電刺激的空間選擇性，并保證電刺激的持久性和有效性。

4、本發(fā)明通過(guò)使用兩通道碳納米管線(xiàn)電來(lái)實(shí)現(xiàn)神經(jīng)電信號(hào)的差動(dòng)記錄，減少生物體以及運(yùn)動(dòng)過(guò)程中造成的背景噪聲的影響，從而進(jìn)一步提高記錄神經(jīng)信號(hào)的信噪比。

5、本發(fā)明碳納米管線(xiàn)神經(jīng)電極的植入載具是具有尖端的剛性固體結(jié)構(gòu)，如鎢絲，能夠明顯減少植入過(guò)程中對(duì)神經(jīng)組織造成的損傷。

以下將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的構(gòu)思、具體結(jié)構(gòu)及產(chǎn)生的技術(shù)效果作進(jìn)一步說(shuō)明，以充分地了解本發(fā)明的目的、特征和效果。

附圖說(shuō)明

圖1所示為本發(fā)明的一種優(yōu)選實(shí)施方式用在外周神經(jīng)束內(nèi)的示意圖；

圖2所示為本發(fā)明的一種優(yōu)選實(shí)施方式用在腦皮層和深腦部位的示意圖；

其中，1-暴露部分，2-絕緣部分，3-神經(jīng)干，4-神經(jīng)束，5-神經(jīng)干內(nèi)的血管，6-大腦皮質(zhì)，7-基底節(jié)，8-小腦，9-中央溝，10-延髓。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明涉及的一種基于碳納米管線(xiàn)的植入式神經(jīng)電極的優(yōu)選實(shí)施例做了詳細(xì)描述，但本發(fā)明并不僅限于該實(shí)施例。為了使公眾對(duì)本發(fā)明有徹底的了解，在以下本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例中詳細(xì)說(shuō)明了具體的細(xì)節(jié)。

實(shí)施例1

如圖1所示，兩個(gè)基于碳納米管線(xiàn)的植入式神經(jīng)電極植入到外周神經(jīng)干3的同一個(gè)外周神經(jīng)束4內(nèi)，用于記錄運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下的外周神經(jīng)纖維電信號(hào)以及對(duì)外周神經(jīng)束4進(jìn)行局部的電刺激。其中，基于碳納米管線(xiàn)的植入式神經(jīng)電極包括暴露部分1和絕緣部分2，暴露部分1與絕緣部分2來(lái)源于同一根碳納米管線(xiàn)電極，暴露部分1的碳納米管線(xiàn)電極直接暴露，絕緣部分2的碳納米管線(xiàn)電極被絕緣層包裹；暴露部分1用于電信號(hào)的記錄或者對(duì)神經(jīng)進(jìn)行刺激。

植入式神經(jīng)電極材料為碳納米管線(xiàn)，碳納米管線(xiàn)的直徑為10μm。該碳納米管線(xiàn)由多條0.1nm-10nm的單根碳納米管拉制而成。暴露部分1的碳納米管線(xiàn)電極長(zhǎng)度范圍是1μm-500μm。絕緣部分2的絕緣層材料為c型聚對(duì)二甲苯(parylene-c)或者醫(yī)用硅膠(silicone)。絕緣部分2的絕緣層厚度為1μm-5μm。

植入式神經(jīng)電極的記錄方式為差動(dòng)式記錄，差動(dòng)式記錄是指通過(guò)兩個(gè)相鄰的碳納米管線(xiàn)電極實(shí)現(xiàn)兩通道的神經(jīng)電信號(hào)的差動(dòng)記錄，消除共模的背景噪聲干擾，提高信噪比。

植入式神經(jīng)電極采用的是多通道電極，神經(jīng)電極的刺激方式為兩個(gè)靠近的刺激電極之間的雙極電刺激，雙極電刺激指的是兩個(gè)靠近的刺激電極共同使用的刺激方式。

植入式神經(jīng)電極的植入部位包括但不限于尺神經(jīng)、橈神經(jīng)、正中神經(jīng)、坐骨神經(jīng)及其分支；本實(shí)施例中神經(jīng)電極的載具是鎢絲，電極植入過(guò)程為：載具攜帶植入式神經(jīng)電極穿透神經(jīng)束膜，刺入到神經(jīng)組織內(nèi)部；撤出載具，將植入式神經(jīng)電極留在神經(jīng)束內(nèi)部，神經(jīng)電極的植入指的是暴露部分1完全置于外周神經(jīng)束4內(nèi)或者中樞神經(jīng)組織內(nèi)部，由于載具是具有尖端的剛性固體結(jié)構(gòu)，神經(jīng)電極的植入對(duì)神經(jīng)干3，神經(jīng)束4或神經(jīng)干內(nèi)的血管5造成的損傷較小。

實(shí)施例2

如圖2所示，相鄰的兩個(gè)碳納米管線(xiàn)電極分別植入到腦皮層，對(duì)腦部的神經(jīng)進(jìn)行電信號(hào)差動(dòng)記錄或局部的神經(jīng)電刺激；用于記錄運(yùn)動(dòng)皮層的神經(jīng)電活動(dòng)，或者實(shí)現(xiàn)對(duì)軀體感覺(jué)皮層、視覺(jué)皮層進(jìn)行電刺激，實(shí)現(xiàn)軀體感覺(jué)或者視覺(jué)反饋。其中，基于碳納米管線(xiàn)的植入式神經(jīng)電極包括暴露部分1和絕緣部分2，暴露部分1與絕緣部分2來(lái)源于同一根碳納米管線(xiàn)電極，暴露部分1的碳納米管線(xiàn)電極直接暴露，絕緣部分2的碳納米管線(xiàn)電極被絕緣層包裹；暴露部分1用于神經(jīng)電信號(hào)的記錄或者對(duì)神經(jīng)進(jìn)行電刺激。

植入式神經(jīng)電極的材料為碳納米管線(xiàn)，碳納米管線(xiàn)的直徑為10μm。該碳納米管線(xiàn)由多條直徑為0.1nm-5nm的單根碳納米管拉制而成。暴露部分1的碳納米管線(xiàn)電極長(zhǎng)度范圍是1μm-5μm。絕緣部分2的絕緣層材料為c型聚對(duì)二甲苯(parylene-c)或者醫(yī)用硅膠(silicone)等生物相容性好的聚合物。絕緣部分2的絕緣層厚度為2μm-4μm。

植入式神經(jīng)電極的記錄方式為差動(dòng)式記錄，差動(dòng)式記錄是指通過(guò)兩個(gè)相鄰的碳納米管線(xiàn)電極實(shí)現(xiàn)兩通道的神經(jīng)電信號(hào)的差動(dòng)記錄，消除共模的背景噪聲干擾，提高信噪比。

植入式神經(jīng)電極采用的是多通道電極，神經(jīng)電極的刺激方式為兩個(gè)靠近的刺激電極之間的雙極電刺激，雙極電刺激指的是兩個(gè)靠近的刺激電極共同使用的刺激方式。

植入式神經(jīng)電極的植入部位包括但不限于大腦皮質(zhì)6，本實(shí)施例中神經(jīng)電極的載具是鎢絲，電極植入過(guò)程為：載具攜帶植入式神經(jīng)電極穿透神經(jīng)束膜，刺入到大腦神經(jīng)組織內(nèi)部；撤出載具，將植入式神經(jīng)電極留在大腦神經(jīng)內(nèi)部，神經(jīng)電極的植入指的是暴露部分1完全置于大腦皮層神經(jīng)內(nèi)部，如大腦皮質(zhì)6，由于載具是具有尖端的剛性固體結(jié)構(gòu)，神經(jīng)電極的植入對(duì)腦部神經(jīng)或者腦部血管造成的損傷較小。

實(shí)施例3

如圖2所示，相鄰的兩個(gè)碳納米管線(xiàn)電極分別植入到大腦深層，用于進(jìn)行深腦的神經(jīng)電信號(hào)記錄或電刺激神經(jīng)調(diào)控。其中，基于碳納米管線(xiàn)的植入式神經(jīng)電極包括暴露部分1和絕緣部分2，暴露部分1與絕緣部分2來(lái)源于同一根碳納米管線(xiàn)電極，暴露部分1的碳納米管線(xiàn)電極直接暴露，絕緣部分2的碳納米管線(xiàn)電極被絕緣層包裹；暴露部分1用于神經(jīng)電信號(hào)的記錄或者對(duì)神經(jīng)進(jìn)行電刺激。

植入式神經(jīng)電極的材料為碳納米管線(xiàn)，碳納米管線(xiàn)的直徑為10μm。該碳納米管線(xiàn)由多條直徑為5nm-10nm的單根碳納米管拉制而成。暴露部分1的碳納米管線(xiàn)電極長(zhǎng)度范圍是1μm-500μm。絕緣部分2的絕緣層材料為c型聚對(duì)二甲苯(parylene-c)或者醫(yī)用硅膠(silicone)。絕緣部分2的絕緣層厚度為3μm-5μm。

植入式神經(jīng)電極的記錄方式為非差動(dòng)式記錄。

植入式神經(jīng)電極采用的是單通道電極，神經(jīng)電極的刺激方式為單極電刺激，單極電刺激指的是是回收電極(returnelectrode)尺寸大于刺激電極尺寸，并且距離刺激電極超過(guò)1厘米的刺激方式，且回收電極與刺激電極形成一個(gè)回路。

植入式神經(jīng)電極的植入部位包括但不限于基底節(jié)7、小腦8、中央溝9或者延髓10；本實(shí)施例中神經(jīng)電極的載具是鎢絲，電極植入過(guò)程為：載具攜帶植入式神經(jīng)電極穿透神經(jīng)膜，刺入到神經(jīng)組織內(nèi)部；撤出載具，將植入式神經(jīng)電極留在神經(jīng)束內(nèi)部，神經(jīng)電極的植入指的是暴露部分1完全置于腦部神經(jīng)內(nèi)部，如基底節(jié)7、小腦8、中央溝9或者延髓10，由于載具是具有尖端的剛性固體結(jié)構(gòu)，神經(jīng)電極的植入對(duì)腦部神經(jīng)或者腦部血管造成的損傷較小。

以上詳細(xì)描述了本發(fā)明的較佳具體實(shí)施例。應(yīng)當(dāng)理解，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員無(wú)需創(chuàng)造性勞動(dòng)就可以根據(jù)本發(fā)明的構(gòu)思作出諸多修改和變化。因此，凡本技術(shù)領(lǐng)域中技術(shù)人員依本發(fā)明的構(gòu)思在現(xiàn)有技術(shù)的基礎(chǔ)上通過(guò)邏輯分析、推理或者有限的實(shí)驗(yàn)可以得到的技術(shù)方案，皆應(yīng)在由權(quán)利要求書(shū)所確定的保護(hù)范圍內(nèi)。