一种植入式多功能双面微型脑电极阵列芯片的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及微机电加工技术领域和植入式微电极技术领域，特别涉及一种植入式多功能双面微型脑电极阵列芯片。
【背景技术】
[0002]在医学康复领域，治疗帕金森综合症、严重癫痫和各种成瘾症等疾病，通常采用外科手术在病灶附近植入脑电极，并给予一定频率、脉宽和幅值的电刺激来进行治疗。目前临床上使用的主要是美敦力的产品对患者进行脑深部电刺激(DBS)的治疗，尽管DBS在临床上应用广泛，但是其作用机制目前尚不明确。长期以来，人们利用膜片钳、金属微电极和玻璃微电极对在体或离体的神经细胞进行电生理基础研究和动物实验。受材料和加工工艺限制，这些电极的通道数量较少，作用区域有限，且功能比较单一集成度不高。近年来随着微机电加工技术(MEMS)发展，国内外陆续涌现出多种材料和工艺制造的微脑电极，在DBS领域取得了一定研究成果，但多数电极都是功能单一的单面电极，这在很大程度上限制了 DBS的刺激效果并造成了信号记录的局限性。
[0003]神经系统是一个复杂的系统，简单记录脑电信号、电化学信号或者盲目的电刺激都很难有实质性的突破。人的大脑中有成千上万的神经细胞，它们之间通过突触传递电信号和化学信号。在用脑深部电刺激术治疗帕金森等精神疾病时，能够同时记录神经细胞电生理信号和获取多巴胺等神经递质电化学信号等多维度微弱信号，对研究脑深部电刺激治疗效果具有重要意义。因此，研发一种能够同时进行电脉冲刺激，脑电信号检测和电化学检测的多功能高集成度的脑电极对DBS的研究是很有必要的。
[0004]基于微机电系统技术(MEMS)，通过微纳加工技术，在以硅基为基底的电极双侧合理规划和布局电极功能区域，实现在电脉冲刺激的同时检测脑电信号和电化学信号，未见有相关报道。
【发明内容】
[0005]为了克服上述现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种植入式多功能双面微型脑电极阵列芯片，该电极芯片以硅基为基底，多通道电极位点布局在电极芯片双侧，能够在进行电脉冲刺激的同时用于脑电信号和电化学检测，适合长期植入脑内，为神经性疾病的治疗和研究提供帮助。
[0006]为了达到上述目的，本发明的技术方案为:
[0007]—种植入式多功能双面微型脑电极阵列芯片，包括电极杆I，电极杆I每一个面分布有三个电脉冲刺激电极位点2，四个电化学检测电极位点4和七个脑电检测电极位点3;电脉冲刺激电极位点2、脑电检测电极位点3和电化学检测电极位点4对称分布在电极杆I的两个面的中轴线上；电化学检测电极位点4和脑电检测电极位点3通过检测电极引线6连接到电极引线接口焊盘7;电脉冲刺激电极位点2通过刺激电极引线5连接到电极引线接口焊盘7;电极引线接口焊盘7对称分布在电极柄8的两个面的中轴线的两侧，电极引线接口焊盘7在电极柄8每个侧面上共分布2组X 7个。
[0008]所述电极杆I的基底材料为单晶硅、参杂硅或SOI硅片其中之一，所述电极杆I的厚度为200um，尖端呈32度角，电极杆I主体宽度400-600um，长8.8mm，电极杆l表面覆盖200-300nm绝缘层 ，绝缘层为二氧化娃或氮化娃其中之一。
[0009]所述电极柄8的基底材料为单晶硅、参杂硅或SOI硅片其中之一，电极柄8的厚度为200um，长4mm，宽2mm，电极柄8表面覆盖200_300nm绝缘层，绝缘层为二氧化娃或氮化娃其中之一O
[0010]所述电脉冲刺激电极位点2、脑电检测电极位点3和电化学检测电极位点4的电极材料是生物相容性好的金属薄膜，包括金、铂、铱、钛，厚度200-300nm，通过20_30nm金属铬粘结在电极基底上;所述电脉冲刺激电极位点2为直径10um的圆形区域，所述脑电检测电极位点3为直径20um的圆形区域，所述电化学检测电极位点4为直径50um的圆形区域；
[0011 ]所述电脉冲刺激电极位点2与脑电检测电极位点3相间排列，间距250um;所述电化学检测电极位点4和脑电检测电极位点3相间排列，间距300um。
[0012]所述刺激电极引线5、检测电极引线6和电极引线接口焊盘7的材料为包括金、铂、铜导电性能良好的金属的一种，厚度200-300nm，通过20-30nm金属铬粘结在电极基底上；
[0013]所述刺激电极引线5和检测电极引线6表面绝缘的方法是，通过磁控溅射技术在其上面均匀溅射一层200-300nm厚S12绝缘层；
[0014]所述刺激电极引线5宽度10um，间距5um;所述检测电极引线6宽度5um，间距5um;所述刺激电极引线5和检测电极引线6分别在微电极同一面的中轴线两侧布线，所述电极引线接口焊盘7大小为400um X 400um，垂直间距200um。
[0015]本发明的意义在于:在一个微电极阵列芯片上高度集成电脉冲刺激电极、脑电检测电极和电化学检测电极，利用电极材料、布局和结构的差异，实现对神经系统特定区域的电脉冲刺激、脑电信号检测和电化学检测功能;本发明充分考虑电极刺激的作用范围和刺激效果，采用双面布局电极的方式，双面电脉冲刺激。
【附图说明】
[0016]图1是本发明一个微电极阵列芯片的结构示意图。
[0017]图2是距尖端第二个脉冲刺激电极处的截面结构图。
[0018]图中:1.电极杆，2.脉冲刺激电极位点，3.脑电检测电极位点，4.电化学检测电极位点，5.刺激电极引线，6.检测电极引线，7.电极引线接口焊盘，8.电极柄。
【具体实施方式】
[0019]下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步说明。
[0020]如图1、2所示，一种植入式多功能双面微型脑电极阵列芯片，包括电极杆1、电脉冲刺激电极位点2、脑电检测电极位点3、电化学检测电极位点4、刺激电极引线5、检测电极引线6、电极引线接口焊盘7和电极柄8;电极杆I每一个面分布有三个电脉冲刺激电极位点2，四个电化学检测电极位点4和七个脑电检测电极位点3;电脉冲刺激电极位点2、脑电检测电极位点3和电化学检测电极位点4对称分布在电极杆I的两个面的中轴线上；电化学检测电极位点4和脑电检测电极位点3通过检测电极引线6连接到电极引线接口焊盘7;电脉冲刺激电极位点2通过刺激电极引线5连接到电极引线接口焊盘7;电极引线接口焊盘7对称分布在电极柄8的两个面的中轴线的两侧，电极引线接口焊盘7在电极柄8的每个侧面上共分布2组X7个。
[0021]所述电脉冲刺激电极位点2、脑电检测电极位点3、电化学检测电极位点4采用双面布局加工，对称分布在电极芯片两侧，与单面布局电极位点相比可以大幅提高刺激或者信号采集的空间分辨率。
[0022]所述电脉冲刺激电极位点2、脑电检测电极位点3通过电沉积方法在其上面沉积一层贵金属纳米颗粒，以降低相应电极位点阻抗，提高电刺激和信号采集质量。
[0023]所述电化学检测电极位点4通过电化学修饰一层选择性聚合物膜和纳米复合物后用于选择性检测神经递质多巴胺的浓度。
[0024]所述电极杆I的基底材料为单晶硅、参杂硅或SOI硅片其中之一，所述电极杆I的厚度为200um，尖端呈32度角，电极杆I主体宽度400-600um，长8.8mm，电极杆l表面覆盖200-300nm绝缘层 ，绝缘层为二氧化娃或氮化娃其中之一；
[0025]所述电极柄8的基底材料为单晶硅、参杂硅或SOI硅片其中之一，