鱼类生物机器人的可植入式柔性神经微电极及其制备方法
【专利摘要】本发明提供了一种鱼类生物机器人的可植入式柔性神经微电极及其制备方法，包括：柔性微电极、金属丝和聚乙二醇，其中：柔性微电极为采用聚合物薄膜作为衬底的三明治结构、且含有至少两个电极脚，柔性微电极电极点采用电镀进行表面修饰，金属丝与柔性微电极电极脚利用聚乙二醇结合。本发明利用金属丝具有较强的刚度的特点，把柔性微电极与金属丝通过水溶性聚合物聚乙二醇结合，在电极进行脑组织植入时增强电极机械强度，植入后取出金属丝。本发明利用金属丝和水溶性聚合物聚乙二醇作为导引，解决了柔性电极脑组织植入刚度不足的问题，因为聚乙二醇在组织中水解，金属丝可在植入后取出，尽可能减小了对脑组织的破坏。
【专利说明】
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种医用器械【技术领域】的微电极，具体地，涉及一种用于鱼类生物机 器人游动控制的可植入式柔性神经微电极及其制备方法。 鱼类生物机器人的可植入式柔性神经微电极及其制备方法
【背景技术】
[0002] 生物机器人是近些年来的热门研究方向。在动物体的脑中特定区域植入电极，通 过电刺激的方式对动物体的行为进行控制。对生物鱼的控制不仅拥有仿生鱼体积小、可以 作为侦查、可进入人类难以进入的区域等优点，同时也弥补了其灵敏不够、无法进行长距离 作业、成本高等不足。
[0003] 经对现有技术的检索发现，Nobutaka Kobayashi等人在I Neuroscience letters, 2009, 452 (1) : 42-46.撰文"Artificial control of swimming in goldfish by brain stimulation:Confirmation of the midbrain nuclei as the swimming center"（通过脑 刺激对金鱼游泳的人工控制：确定中脑核是游泳中心），该技术采用在鲫鱼中脑内侧纵束 (Nflm)植入金属丝极，并且在一定程度上实现了对鱼游动的控制。但是刚性丝电极在鱼游 动的过程中容易和脑组织发生相对滑动，偏离原来植入的部位，造成刺激效果变差，也可能 对脑组织造成相应的损伤。
【发明内容】
[0004] 针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种鱼类生物机器人的可植入式柔 性神经微电极及其制备方法。
[0005] 根据本发明的一个方面，提供一种用于鱼类生物机器人游动控制的可植入式柔性 神经微电极，包括：柔性微电极、金属丝和聚乙二醇，其中：所述柔性微电极为采用聚合物 薄膜作为衬底的三明治结构即聚合物薄膜-金属-聚合物薄膜结构，且所述柔性电极一端 部含有至少两个电极脚，每个所述电极脚上均含有至少两个电极点，所述电极点采用电镀 进行表面修饰；所述金属丝与所述柔性微电极的电极脚利用聚乙二醇粘结。
[0006] 根据本发明的另一个方面，提供一种用于鱼类生物机器人游动控制的可植入式柔 性神经微电极的制备方法，所述方法的具体制备工艺如下：
[0007] 1)清洗基底；
[0008] 2)在基底上沉积聚合物薄膜；
[0009] 3)旋涂光刻胶并光刻图形化；
[0010] 4)溅射金属作为导电层；
[0011] 5)将上述4)处理后的基底置于丙酮中超声去除多余的金属；
[0012] 6)在基底上沉积聚合物薄膜；
[0013] 7)旋涂光刻胶并光刻图形化；
[0014] 8)采用反应离子刻蚀；
[0015] 9)浸泡在丙酮中，电极会逐渐从基底脱离；
[0016] 10)电极点电镀进行表面修饰；
[0017] 11)将聚乙二醇加热融化成无色透明液体，将金属丝浸入该液体中，取出排布到电 极脚上，待自然冷却。
[0018] 与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
[0019] 本发明利用金属丝具有较强的刚度的特点，把柔性微电极与金属丝通过水溶性聚 合物聚乙二醇结合，在电极进行脑组织植入时增强电极机械强度，植入后取出金属丝。本发 明结构简单，使用方便利用金属丝和水溶性聚合物聚乙二醇作为导引，解决了柔性电极脑 组织植入刚度不足的问题，因为聚乙二醇在组织中水解，金属丝可在植入后取出，尽可能减 小了对脑组织的破坏，且柔性电极的形状适应鱼类游泳控制中枢的相对位置，减小损伤，提 高了刺激的精确性。
【专利附图】
【附图说明】
[0020] 通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、 目的和优点将会变得更明显：
[0021] 图1为本发明一实施例微电极的结构示意图；
[0022] 图2为本发明一实施例所得电极脚与金属丝通过聚乙二醇相结合的示意图。
[0023] 图中：柔性微电极1、电极脚2、电极点3、溅射金属导线5、金属丝6、聚乙二醇粘结 7。
【具体实施方式】
[0024] 下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术 人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术 人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明 的保护范围。
[0025] 如图1、2所示，本实施例提供一种用于鱼类生物机器人游动控制的可植入式柔性 神经微电极，具体包括：柔性微电极1、金属丝6和聚乙二醇，其中：所述柔性微电极1为采 用聚合物薄膜作为衬底的三明治结构即聚合物薄膜-金属-聚合物薄膜结构，且含有两个 或者多个电极脚2 ;每个所述电极脚2上均含有两个或多个电极点3,所述电极点3采用电 镀进行表面修饰；所述金属丝6与所述柔性微电极1的电极脚3利用聚乙二醇粘结7 (如图 2所示）。
[0026] 本实施例中，所述电极脚2长度为3-8毫米，两个所述电极脚2间隔2-5毫米。
[0027] 本实施例中，所述电极点直径为40-100微米，所述电极点之间的间隔为0. 5-2毫 米。
[0028] 本实施例中，所述的金属是钼、金、铜中的一种。
[0029] 本实施例中，所述的金属丝是钼丝、钨丝、不锈钢丝中的一种，金属丝的直径 100-500 微米。
[0030] 本实施例中，所述的聚乙二醇是分子量2000、4000或6000的聚乙二醇。
[0031] 本实施例使用时，将电极脚刺入鱼脑中脑位置，另一端与刺激器相连。植入后，略 等一段时间，将金属丝取出。利用刺激器进行微安级别的电流刺激，根据施加电流位点的不 同，可以对鱼的游动方向进行控制。
[0032] 实施例1 :
[0033] 本实施例提供一种用于鱼类生物机器人游动控制的可植入式柔性神经微电极的 制备方法，具体为：
[0034] 1)以玻璃衬底为基底，进行清洗烘烤，洁净和改善表面；
[0035] 2)在玻璃基底化学气相沉积Parylene C薄膜5微米；
[0036] 3)旋涂光刻胶AZ490310微米并光刻（曝光时间230s)图形化；
[0037] 4)溅射金作为导电层即为溅射金属导线5 ;
[0038] 5)将基片置于丙酮中超声5min去除多余的金属；
[0039] 6)在衬底上沉积Parylene C薄膜5微米；
[0040] 7)旋涂光刻胶AZ490310 μ m并光刻（曝光时间230s)图形化；
[0041] 8)采用反应离子刻蚀（RIE)(气体流量40sccm，压力30mtorr，功率30W，大约 60min)；
[0042] 9)浸泡在丙酮中，电极会逐渐从衬底脱离；
[0043] 10)电极点电镀PEDOT :G0 (聚乙撑二氧噻吩：氧化石墨烯）进行表面修饰；
[0044] 11)将聚乙二醇-2000加热融化成无色透明液体，将不锈钢金属丝浸入该液体中， 取出排布到电极脚上，待自然冷却。进行鲫鱼脑组织植入，植入后将金属丝取出。
[0045] 实施例2 :
[0046] 本实施例提供一种用于鱼类生物机器人游动控制的可植入式柔性神经微电极的 制备方法，具体为：
[0047] 1)以玻璃衬底为基底，进行清洗烘烤，洁净和改善表面；
[0048] 2)在玻璃基底化学气相沉积Parylene C薄膜5微米；
[0049] 3)旋涂光刻胶AZ490310微米并光刻（曝光时间230s)图形化；
[0050] 4)溅射钼作为导电层即为溅射金属导线5,对应于三明治结构中的"金属"；
[0051] 5)将基片置于丙酮中超声5min去除多余的金属；
[0052] 6)在衬底上沉积Parylene C薄膜5微米；
[0053] 7)旋涂光刻胶AZ490310 μ m并光刻（曝光时间230s)图形化；
[0054] 8)采用反应离子刻蚀（RIE)(气体流量40sccm，压力30mtorr，功率30W，大约 60min)；
[0055] 9)浸泡在丙酮中，电极会逐渐从衬底脱离；
[0056] 10)电极点电镀PEDOT :PTS (聚乙撑二氧噻吩：对甲苯磺酸钠）进行表面修饰；
[0057] 11)将聚乙二醇-2000加热融化成无色透明液体，将不锈钢金属丝浸入该液体中， 取出排布到电极脚上，待自然冷却。进行鱼脑组织植入，植入后将金属丝取出。
[0058] 实施例3 :
[0059] 本实施例提供一种用于鱼类生物机器人游动控制的可植入式柔性神经微电极的 制备方法，具体为：
[0060] 1)以玻璃衬底为基底，进行清洗烘烤，洁净和改善表面；
[0061] 2)在玻璃基底化学气相沉积Parylene C薄膜5微米；
[0062] 3)旋涂光刻胶AZ490310微米并光刻（曝光时间230s)图形化；
[0063] 4)溅射铜作为导电层即为溅射金属导线5 ;
[0064] 5)将基片置于丙酮中超声5min去除多余的金属；
[0065] 6)在衬底上沉积Parylene C薄膜5微米；
[0066] 7)旋涂光刻胶AZ490310 μ m并光刻（曝光时间230s)图形化；
[0067] 8)采用反应离子刻蚀（RIE)(气体流量40sccm，压力30mtorr，功率30W，大约 60min)；
[0068] 9)浸泡在丙酮中，电极会逐渐从衬底脱离；
[0069] 10)电极点电镀PEDOT :PTS (聚乙撑二氧噻吩：对甲苯磺酸钠）进行表面修饰；
[0070] 11)将聚乙二醇-4000加热融化成无色透明液体，将不锈钢金属丝浸入该液体中， 取出排布到电极脚上，待自然冷却。进行鱼脑组织植入，植入后将金属丝取出。
[0071] 本发明的柔性微电极结构适应鱼中脑运动核区内侧纵束（Nflm)的相对位置。本 发明利用金属丝具有较强的刚度的特点，把柔性微电极与不锈钢金属丝通过水溶性聚合物 聚乙二醇结合，在电极进行脑组织植入时增强电极机械强度，植入后取出金属丝。
[0072] 本发明提出了一种专门用于鱼类生物机器人游动控制的柔性微电极，利用金属丝 和水溶性聚合物聚乙二醇作为导引，解决了柔性电极脑组织植入刚度不足的问题，并且尽 可能减小了对脑组织的破坏。
[0073] 以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述 特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影 响本发明的实质内容。
【权利要求】
1. 一种鱼类生物机器人的可植入式柔性神经微电极，其特征在于，包括：柔性微电极、 金属丝和聚乙二醇，其中：所述柔性微电极为采用聚合物薄膜作为衬底的三明治结构即聚 合物薄膜-金属-聚合物薄膜结构，且所述柔性电极一端部含有至少两个电极脚，每个所述 电极脚上均含有至少两个电极点，所述电极点采用电镀进行表面修饰；所述金属丝与所述 柔性微电极的电极脚利用聚乙二醇粘结。
2. 根据权利要求1所述的鱼类生物机器人的可植入式柔性神经微电极，其特征在于， 所述的金属是钼、金、铜中的一种。
3. 根据权利要求1所述的鱼类生物机器人的可植入式柔性神经微电极，其特征在于， 所述的金属丝是钼丝、钨丝、不锈钢丝中的一种，金属丝的直径100-500微米。
4. 根据权利要求1所述的鱼类生物机器人的可植入式柔性神经微电极，其特征在于， 所述的聚乙二醇是分子量2000、4000或6000的聚乙二醇。
5. 根据权利要求1所述的鱼类生物机器人的可植入式柔性神经微电极，其特征在于， 所述电极脚长度为3-8毫米，两个所述电极脚间隔2-5毫米。
6. 根据权利要求1所述的鱼类生物机器人的可植入式柔性神经微电极，其特征在于， 所述电极点直径为40-100微米，所述电极点之间的间隔为0. 5-2毫米。
7. -种权利要求1-6任一项所述的可植入式柔性神经微电极的制备方法，其特征在 于，所述方法的具体步骤如下： 1) 清洗基底； 2) 在基底上沉积聚合物薄膜； 3) 旋涂光刻胶并光刻图形化； 4) 溅射金属作为导电层； 5) 将上述4)处理后的基底置于丙酮中超声去除多余的金属； 6) 在基底上沉积聚合物薄膜； 7) 旋涂光刻胶并光刻图形化； 8) 采用反应离子刻蚀； 9) 浸泡在丙酮中，电极会逐渐从基底脱离； 10) 电极点电镀进行表面修饰； 11) 将聚乙二醇加热融化成无色透明液体，将金属丝浸入该液体中，取出排布到电极脚 上，待自然冷却。
【文档编号】A61F2/02GK104055598SQ201410293337
【公开日】2014年9月24日 申请日期:2014年6月25日 优先权日:2014年6月25日
【发明者】刘景全, 杜京城, 田鸿昌, 康晓洋, 张川, 杨斌, 陈翔, 杨春生 申请人:上海交通大学