專利名稱：基于光刻等微納制造工藝的植入式生物電極及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種植入式生物電極，特別涉及一種基于光刻等微納制造工藝制作的 植入式生物電極。
背景技術(shù)：
當(dāng)今醫(yī)學(xué)通過給患者體內(nèi)植入電極治療諸如帕金森癥，癲癇等比較嚴(yán)重的神經(jīng)性 疾病，但目前常用的植入式電極主要采用人工或機器繞制的螺旋線作為連接線，以傳統(tǒng)機 械加工的金屬管作為刺激端。這種通過繞制的螺旋線通常會導(dǎo)致連線內(nèi)部產(chǎn)生應(yīng)力集中和 變形，并且市場上金屬線的材料和尺寸有限，造成選擇上的限制，另外其價格也比較高，增 加電極制造的難度和成本。而傳統(tǒng)機械加工的金屬管則有更多的弊端尺寸較大，不能滿足 電極對刺激點微小化的要求；需通過焊接與連接線相連，容易造成鄰近密封絕緣管材料的 燒蝕和電極管本身的氧化，一旦植入人體易引起電極絕緣實效和電極管的腐蝕。另外在刺 激電極植入一段時間后，由于腦組織的免疫反應(yīng)，會在電極的周圍形成一層排列緊密的“膠 質(zhì)包裹物”。這種包裹物的存在，把植入電極的刺激點與周圍的神經(jīng)細(xì)胞隔開，降低了電刺 激效果。同時，為了達(dá)到治療效果，不得不調(diào)高刺激參數(shù)，進(jìn)而縮短了電池的使用壽命。因此簡化電極的制造工藝，避免繞線，使電極尺寸更加微小，避免電極連線和刺激 點的焊接所造成的燒蝕和氧化，提高植入電極的生物相容性，降低腦組織的免疫反應(yīng)，減少 或抑制電極周圍包裹物的形成，實現(xiàn)電極與神經(jīng)細(xì)胞之間接觸，增加放電刺激效果，成為進(jìn) 一步提高電極性能和壽命的關(guān)鍵。

發(fā)明內(nèi)容
針對現(xiàn)有電極制造工藝復(fù)雜，需要繞線，電極刺激點尺寸較大，需焊接連接引線和 刺激點的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種植入式生物電極及其制備方法，它能避免繞線 和焊接，同時能夠減小電極尺寸，提高電極的生物相容性和神經(jīng)親和力。本發(fā)明的技術(shù)方案如下一種基于光刻等微納制造工藝的植入式生物電極，包括 刺激點，螺旋金屬引線和連接端金屬環(huán)，在金屬芯線上包有絕緣套管，在絕緣套管上有螺旋 金屬引線，螺旋金屬引線和絕緣套管封裝在聚氨酯絕緣層里，在聚氨酯絕緣層兩端分別淀 積有刺激點和連接端金屬環(huán)，刺激點和連接端金屬環(huán)分別于兩端預(yù)留的螺旋線金屬引線相 連，刺激點表層電鍍有惰性金屬氧化物。所述的刺激點和連接金屬環(huán)通過濺射或蒸鍍與金屬螺旋線相連。所述的螺旋金屬弓I線附著在絕緣套管上。所述的螺旋金屬引線和絕緣套管是被包裹在聚氨酯絕緣層里面。所述的惰性金屬氧化物為氧化銥。一種基于光刻等微納制造工藝的植入式生物電極的制備方法，1)通過濺 射或蒸 鍍在聚氨酯絕緣套管淀積上一層金屬薄膜；2)將淀積的金屬薄膜通過光刻和刻蝕工藝制 作出螺旋金屬引線結(jié)構(gòu)；3)通過電鍍金屬來成型最終的螺旋金屬引線，該層金屬厚度為0. 03 0. Imm ；4)用三維建模軟件PROE設(shè)計出封裝模具，通過快速成型技術(shù)翻制出實際的 硅橡膠封裝模具；5)在絕緣套管內(nèi)部穿入金屬芯線，然后將芯軸和螺旋金屬引線一起放入 封裝模具中，用熱注塑或常溫注塑的方法對金屬螺旋引線進(jìn)行封裝，封裝時要留出適當(dāng)長 度的螺旋金屬引線待后續(xù)連接刺激點和連接端金屬環(huán)，在留有螺旋金屬引線的部位要制作 出凹槽來；6)把留出的螺旋金屬引線纏入相應(yīng)的凹槽中，凹槽以外的部位用樹脂薄膜包裹 起來，然后將其放入濺射室或蒸鍍腔，淀積0. 5mm的金屬薄膜之后將其取出，拆去樹脂薄膜 包裹層，淀積的金屬薄膜就隨其一起拆去，留下凹槽處的金屬，形成初始的刺激點和連接端 金屬環(huán)，這樣刺激點和連接端金屬環(huán)就與螺旋金屬引線連接起來；7)最后對刺激點電鍍上 一層氧化銥；8)修整，測試導(dǎo)通性，完成電極制作。所述的金屬薄膜是金、銀、鉬或銥?zāi)ぁ?
本發(fā)明利用濺射和光刻等微納制造技術(shù)制作的螺旋導(dǎo)線和刺激點，尺寸更小，同 時避免了繞線和焊接，簡化制作工藝，提高了刺激點的抗腐蝕性，使絕緣套管等絕緣材料不 被燒傷。


圖1光刻制作的微壓印彈性模圖2滾壓制作螺旋金屬引線的導(dǎo)引線圖3刻蝕后形 成的螺旋金屬引線圖4封裝后電極頭部的放大5最終的電極整體圖下面結(jié)合附圖對本 發(fā)明的內(nèi)容作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。
具體實施例方式以2個刺激點為例。本發(fā)明的電極分為連接端，連接線和刺激端。連接端包括2 個金屬環(huán)3，刺激端包括2個刺激點1。參照圖1、2、3所示，首先，先在聚氨酯套管上濺射一層厚度0. 0025mm的鈦薄膜， 然后再在其上濺射約為0. 03mm厚的銀薄膜(或金，或鉬，或銥)，這里的鈦作為助黏劑增強 了銀膜與聚氨酯管的附著強度，然后使用由光刻工藝制作的彈性模(如圖1所示)在濺射 有銀層的毛細(xì)管的表面滾動壓印(如圖2所示)十六烷硫醇(hexadecanethiol)螺旋線， 將壓印好的管子浸入氰鐵酸鹽溶液中去除未被hexadecanethiol保護(hù)的銀膜，再將其浸入
的HF溶液10秒去除掉暴露的鈦.，再通過電鍍最終成型2條螺旋線(如圖3所示)。 在2條螺旋線上涂覆絕緣材料_聚氨酯，形成絕緣層，目的是為了避免2線之間的接觸和導(dǎo) 通，這樣最終成型的螺旋金屬引線(含絕緣層)的直徑為0. 075 0. 2mm,內(nèi)部裸線直徑為 0. 05 0. 15mm，且具有很好的生物相容性。在已成型螺旋線內(nèi)部的聚氨酯套管里穿入一根 金屬心線，然后用常溫注塑將聚氨酯套管和螺旋線外面封裝上一層聚氨酯材料，該層聚氨 酯為圓柱狀，并且把聚氨酯套管和螺旋線包裹在里面。參照圖4所示，在封裝時，依照刺激點和連接金屬環(huán)的位置，分別留出兩端螺旋線 的頭部。將預(yù)留引線頭部纏入相應(yīng)的凹槽，刺激端的2個凹槽之間的距離根據(jù)設(shè)計要求的2 個刺激點之間的距離而定，連接端四個凹槽之間的距離則根據(jù)設(shè)計要求的2個連接端金屬 環(huán)之間的距離而定。而凹槽以外的部位都用樹脂薄膜包裹起來，然后將其放入濺射室或蒸 鍍腔，這次淀積的金屬薄膜(或金，或銀，或鉬，或銥)的厚度應(yīng)高出凹槽0. 1mm，這樣做的目 的是既保證成型的刺激點和連接金屬環(huán)與螺旋金屬引線端部能很好的相連且導(dǎo)通，又能保證電極在植入體內(nèi)之后刺激點與組織能很好的接觸。然后拆去樹脂薄膜包裹層，它上面淀 積的金屬薄膜就隨其一起拆去，只留下凹槽處的金屬，形成初始的刺激點和連接端金屬環(huán)， 再對刺激點電鍍氧化銥，氧化銥鍍層可提高電極的生物相容性和神經(jīng)纖維親和力。最后再 對電極做最后的修正以及測試刺激點，連接點和螺旋引線的導(dǎo)通性，這樣就完成了電極的 制作。參照圖5所示，在金屬芯線4上包有絕緣套管6 在絕緣套管6上淀積有光刻和微 接觸壓印制作的螺旋金屬引線2 ；螺旋金屬引線2和絕緣套管6封裝在聚氨酯絕緣層5里 在聚氨酯絕緣層5兩端分別淀積有刺激點1和連接端金屬環(huán)3 ；刺激點1和連接端金屬環(huán)3 分別于兩端預(yù)留的螺旋線相連；刺激點1表層電鍍有惰性金屬氧化物。這樣制作的電極尺寸更小，省卻了繞線和焊接工藝，從而避免了焊接帶來的燒蝕 和氧化，增強刺激點的抗腐蝕性，提高電極的工作性能，延長電極的工作壽命。由于螺旋引 線和刺激端金屬環(huán)的連接位置處于刺激端金屬環(huán)的內(nèi)部，這樣的連接方式既保證了連接的 可靠性又保證了電極在植入腦部的過程中最大限度的減少對腦組織的損傷。通過電極表面 電鍍惰性金屬改性，可以提高植入電極的生物相容性，降低腦組織的免疫反應(yīng)，減少或抑制 電極周圍包裹物的形成，實現(xiàn)電極與神經(jīng)細(xì)胞之間接觸，增加放電刺激效果。另外整個電極的制作是基于光刻，微接觸壓印等微納米制造工藝，在保證電極形狀和尺寸的精準(zhǔn)性的同時，簡化了制作流程，實現(xiàn)電極的批量化制作，提高電極制作的效 率。
權(quán)利要求
一種基于光刻等微納制造工藝的植入式生物電極，包括刺激點(1)，螺旋金屬引線(2)和連接端金屬環(huán)(3)，其特征在于在金屬芯線(4)上包有絕緣套管(6)，在絕緣套管(6)上有螺旋金屬引線(2)，螺旋金屬引線(2)和絕緣套管(6)封裝在聚氨酯絕緣層(5)里，在聚氨酯絕緣層(5)兩端分別淀積有刺激點(1)和連接端金屬環(huán)(3)，刺激點(1)和連接端金屬環(huán)(3)分別于兩端預(yù)留的螺旋線金屬引線(2)相連，刺激點(1)表層電鍍有惰性金屬氧化物。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的植入式生物電極，其特征在于所述的刺激點(1)和連接金 屬環(huán)(3)通過濺射或蒸鍍與金屬螺旋線(2)相連。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的植入式生物電極，其特征在于所述的螺旋金屬引線(2)附 著在絕緣套管(6)上。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的植入式生物電極，其特征在于所述的螺旋金屬引線(2)和 絕緣套管(6)是被包裹在聚氨酯絕緣層(5)里面。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的植入式生物電極，其特征在于所述的惰性金屬氧化物為氧 化銥。
6.一種基于光刻等微納制造工藝的植入式生物電極的制備方法，其特征在于1)通過濺射或蒸鍍在聚氨酯絕緣套管(6)淀積上一層金屬薄膜；2)將淀積的金屬薄膜通過光刻和刻蝕工藝制作出螺旋金屬引線結(jié)構(gòu)；3)通過電鍍金屬來成型最終的螺旋金屬引線(2)，該層金屬厚度為0.03 0.1mm；4)用三維建模軟件PR0E設(shè)計出封裝模具，通過快速成型技術(shù)翻制出實際的硅橡膠封 裝模具；5)在絕緣套管(6)內(nèi)部穿入金屬芯線，然后將芯軸和螺旋金屬引線一起放入封裝模 具中，用熱注塑或常溫注塑的方法對金屬螺旋引線進(jìn)行封裝，封裝時要留出適當(dāng)長度的螺 旋金屬引線待后續(xù)連接刺激點和連接端金屬環(huán)，在留有螺旋金屬引線的部位要制作出凹槽 來；6)把留出的螺旋金屬引線纏入相應(yīng)的凹槽中，凹槽以外的部位用樹脂薄膜包裹起來， 然后將其放入濺射室或蒸鍍腔，淀積0. 5mm的金屬薄膜之后將其取出，拆去樹脂薄膜包裹 層，淀積的金屬薄膜就隨其一起拆去，留下凹槽處的金屬，形成初始的刺激點和連接端金屬 環(huán)，這樣刺激點和連接端金屬環(huán)就與螺旋金屬引線連接起來；7)最后對刺激點電鍍上一層氧化銥；8)修整，測試導(dǎo)通性，完成電極制作。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的制備方法，其特征在于，所述的金屬薄膜是金、銀、鉬或銥?zāi)ぁ?br> 全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于光刻等微納制造工藝制作的植入式生物電極及其制備方法，在金屬芯線上包有絕緣套管；在絕緣套管上有螺旋金屬引線，螺旋金屬引線和絕緣套管封裝在聚氨酯絕緣層里，刺激點和連接端金屬環(huán)分別于兩端預(yù)留的螺旋金屬引線相連；刺激點表層電鍍有惰性金屬氧化物。該工藝通過濺射或蒸鍍在聚氨酯絕緣套管淀積上一層金屬薄膜；將淀積的金屬薄膜通過光刻，微接觸壓印和刻蝕工藝制作出初始的螺旋線結(jié)構(gòu)；通過電鍍金屬來成型最終的螺旋金屬引線；將穿有金屬芯線的套管放入封裝模具中進(jìn)行封裝；對刺激點電鍍上一層氧化銥，增加細(xì)胞附著性，提高生物相容力；修整，測試導(dǎo)通性，完成電極制作。
文檔編號C25D7/00GK101829401SQ201010180340
公開日2010年9月15日 申請日期2010年5月21日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月21日
發(fā)明者丁玉成, 劉亞雄, 杜如坤, 王會友, 白宗旭, 秦歌 申請人:西安交通大學(xué)