一种聚乙二醇-聚对二甲苯柔性神经探针及其制备方法

本发明属于神经探针，尤其涉及一种聚乙二醇-聚对二甲苯柔性神经探针及其制备方法。

背景技术：

1、神经植入技术开始于1960年代。当时，神经学家与神经外科医师第一次尝试使用微电极电刺激神经，以定位脑中的特殊部位，同时使用讯号处理器分析神经元活动的变化。其间，他们探讨大脑如何控制运动等问题的基本特性，也发现电刺激脑内某部份结构会产生抑制神经疾病症状(如自发性颤抖与巴金森氏症)的结果。因为大脑是一个大型平行运算的处理器。因此研究人员为了解脑部神经元如何对特定行为运动进行神经编码(neuralcoding)，进而发展多信道神经植入装置，开始于不同脑区同时记录神经元活动，试图理解神经语言的意义。此技术因同时在大脑内记录多个脑区神经元细胞活动之讯息，让研究人员得以获得神经元如何沟通以及处理信息的知识，这些知识能用来解决许多神经生物学、行为学及认知科学上的重要问题，是研究神经科学方法学上的一大突破。

2、最近，人类神经系统与外部设备之间的直接神经接口已被公认为实现下一代假肢应用的关键技术，例如人工视觉和假肢装置的神经控制。这些技术作为基础神经科学研究的工具也非常重要。世界各地的许多团体正在该领域进行广泛的研究，因为神经电极的应用已得到广泛认可，并受到硅工艺技术最近快速发展的刺激。已经开发并报道了许多种类的神经电极。然而，其中大多数是基于刚性材料，如硅，它略有移动，对软神经组织造成一些损害，长时间作用下会引起软组织的慢性组织反应，出现红肿、充血甚至炎症等情况。

3、为解决刚性神经探针所引起的慢性组织反应，出现了多种从结构和材料两方面进行改造的神经探针；结构上有采用线性带状针体的，通过极细的针体来减小组织反应；网状结构，通过减小植入深度来减小组织反应等等。从材料方面主要考虑将神经探针制造为柔性探针，使之不会在组织移动中给软神经组织带来损伤，从而有效避免了慢性组织反应。柔性神经探针在体内虽然有效解决了慢性组织反应，却带来了植入困难的问题，由于其较低的机械刚度使之不能很好的刺破皮肤和组织。

4、中国申请号为202210412032.7的发明专利公开了一种刚柔结合神经探针及其制备方法，其通过将刚性骨架与柔性衬底相结合，在不增大探针截面积的前提下实现了柔性探针刚度的增强，利用刚性骨架实现神经探针在体内的快速精准植入后，提供向脑脊液施加超声激励的方式即可刚性骨架在脑内的部分发生断裂，使得探针在脑内的部分变为柔性结构，从而减小脑部受到探针损伤的可能性，通过在刚性骨架上设置应力集中点，使其在超声激励下多个指定位置发生断裂，从而恢复探针的柔性。该现有技术是通过在脑内部分发生断裂来让探针变成柔性结构，但这种断裂的方式在实施时有一定的风险，对于超声的强度有较高的控制要求。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明提出了一种聚乙二醇-聚对二甲苯柔性神经探针及其制备方法，通过从探针顶部的微流控制口向微流通道内填充杨氏模量随温度变化的聚乙二醇(peg)材料，室温时热化peg填充微流通道，在冷却后peg在通道中凝固作为柔性针体的中轴，使针体具有一定的机械刚度，便于植入。

2、本发明的技术方案是这样实现的：

3、一方面，本发明提供一种聚乙二醇-聚对二甲苯柔性神经探针，柔性神经探针包括主体和针体，所述主体采用硅，所述针体采用聚对二甲苯，所述针体内部设有一微流通道，所述微流通道中填充有聚乙二醇。

4、进一步优选的，所述柔性神经探针的顶部设有一微流控制口，所述微流通道的一端与所述微流控制口连通。

5、进一步优选的，所述聚乙二醇的杨氏模量随温度变化，在室温下，热化所述聚乙二醇为液态，冷却后所述聚乙二醇逐渐转变为固态。

6、进一步优选的，在室温下，热化所述聚乙二醇从所述微流控制口向所述微流通道内流入进行填充，在冷却后，所述聚乙二醇在所述微流通道内凝固形成所述针体的中轴。

7、进一步优选的，所述柔性神经探针还包括电极，所述电极采用掺杂柔性电极材料。

8、进一步优选的，所述电极采用pedot:pss\au导电复合物。

9、进一步优选的，所述针体的制备方法包括：

10、在硅基底板上通过薄膜沉积技术沉积一层金属薄膜层，所述金属薄膜层用作下电极；

11、通过化学沉积的方式在所述金属薄膜层上沉积一层导电聚合物，得到掺杂柔性电极材料，作为电极；

12、对所述电极根据预设的图案进行成型，通过离子刻蚀方法在所述硅基底板上形成第一孔洞；

13、通过薄膜沉积技术在所述电极上沉积聚对二甲苯，沉积成型后进行区间垂直打孔形成第二孔洞，所述第二孔洞穿透所述聚对二甲苯和所述电极，所述第二孔洞露出所述硅基底板；

14、采用离子刻蚀方法从所述第二孔洞对所述硅基底板的中间部分进行硅基去除，形成一个预设大小的空腔；

15、从所述第二孔洞向所述空腔内沉积所述聚对二甲苯，直至所述空腔的腔壁全部形成聚对二甲苯薄膜壁；

16、通过湿法刻蚀去除所述空腔外部的硅基底板，并根据轮廓图样形成针体；

17、采用激光切割方法将针体的针头端的聚对二甲苯薄膜壁切除，形成微流控制口。

18、进一步优选的，所述聚对二甲苯完全包裹所述电极且完全填充所述第一孔洞。

19、进一步优选的，所述金属薄膜层为2-5微米。

20、本发明的方法相对于现有技术具有以下有益效果：

21、(1)本发明通过从探针顶部的微流控制口向通道内填充杨氏模量随温度变化的材料，室温时热化peg填充微流通道，在冷却后peg在通道中凝固作为柔性针体的中轴，使针体具有一定的机械刚度，便于植入；

22、(2)本发明提供的柔性神经探针针体植入生物体内后，peg会在体内软化恢复柔性，并且由于peg材料具有良好的生物相容性和可吸收性，在探针植入体内，peg将会被软化并从微流通道口缓慢吸收，当peg完全被吸收后，针体部分为usp柔性针体和掺杂柔性电极材料，具有良好的柔韧性，可避免刚性探针所引起的慢性组织反应；

23、(3)本发明中的电极采用的是pedot:pss\au导电复合物，由导电聚合物聚3,4-乙烯二氧噻吩-聚苯乙烯磺酸盐(pedot:pss)在金的微电极上沉积所制得，该复合材料具有更好的电性能和柔韧性，同时具有更高的机械耐久性。

技术特征：

1.一种聚乙二醇-聚对二甲苯柔性神经探针，其特征在于，柔性神经探针包括主体和针体，所述主体采用硅，所述针体采用聚对二甲苯，所述针体内部设有一微流通道，所述微流通道中填充有聚乙二醇。

2.如权利要求1所述的一种聚乙二醇-聚对二甲苯柔性神经探针，其特征在于，所述柔性神经探针的顶部设有一微流控制口，所述微流通道的一端与所述微流控制口连通。

3.如权利要求2所述的一种聚乙二醇-聚对二甲苯柔性神经探针，其特征在于，所述聚乙二醇的杨氏模量随温度变化，在室温下，热化所述聚乙二醇为液态，冷却后所述聚乙二醇逐渐转变为固态。

4.如权利要求3所述的一种聚乙二醇-聚对二甲苯柔性神经探针，其特征在于，在室温下，热化所述聚乙二醇从所述微流控制口向所述微流通道内流入进行填充，在冷却后，所述聚乙二醇在所述微流通道内凝固形成所述针体的中轴。

5.如权利要求1所述的一种聚乙二醇-聚对二甲苯柔性神经探针，其特征在于，所述柔性神经探针还包括电极，所述电极采用掺杂柔性电极材料。

6.如权利要求1所述的一种聚乙二醇-聚对二甲苯柔性神经探针，其特征在于，所述电极采用pedot:pss\au导电复合物。

7.如权利要求1所述的一种聚乙二醇-聚对二甲苯柔性神经探针，其特征在于，所述针体的制备方法包括：

8.如权利要求7所述的一种聚乙二醇-聚对二甲苯柔性神经探针，其特征在于，所述聚对二甲苯完全包裹所述电极且完全填充所述第一孔洞。

9.如权利要求7所述的一种聚乙二醇-聚对二甲苯柔性神经探针，其特征在于，所述金属薄膜层为2-5微米。

技术总结
本发明提供一种聚乙二醇‑聚对二甲苯柔性神经探针，涉及神经探针技术领域，所述柔性神经探针包括主体和针体，所述主体采用硅，所述针体采用聚对二甲苯，所述针体内部设有一微流通道，所述微流通道中填充有聚乙二醇。本发明通过从探针顶部的微流控制口向微流通道内填充杨氏模量随温度变化的聚乙二醇(PEG)材料，室温时热化PEG填充微流通道，在冷却后PEG在通道中凝固作为柔性针体的中轴，使针体具有一定的机械刚度，便于植入。

技术研发人员：刘胜,唐飞翔,江吉泽,郭宇铮,东芳,王诗兆,何思宇,史少楠
受保护的技术使用者：武汉大学
技术研发日：
技术公布日：2024/4/17