一种基于液态金属的植入式柔性神经电极及其制备方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于液态金属的植入式柔性神经电极，包括封装在柔性聚合物薄膜之间的液态金属电路，柔性聚合物薄膜上还开设有与液态金属电路连通的通孔，通孔中封装有可导电的液态金属封装剂；所述的液态金属封装剂是掺杂液态金属的聚合物薄膜成型剂。本发明实现了植入式神经电极的完全柔性化，可代替传统的铂金电极。本发明中采用的液态金属具有良好的导电性，极佳的柔顺性以及特有的流动性，因此将其用于制造柔性生物电极具有独特的优势。相比于传统的刚性神经电极，本发明所提出的液态金属柔性电极具有更好的生物相容性。
【专利说明】
一种基于液态金属的植入式柔性神经电极及其制备方法
技术领域
[0001]本发明属于植入式神经电极技术领域，涉及一种基于液态金属的植入式柔性神经电极及其制备方法。【背景技术】
[0002]神经系统是人体必不可少的重要组成部分，承载着多种重要的生理功能。随着在细胞和分子生物学领域认识的加深，人们可以从不同的结构水平对神经系统进行研究。神经系统在人体内起着至关重要的作用，因此无论是中枢神经系统还是周围神经系统出现问题都会给人们的日常生活带了非常严重的影响。神经系统疾病有很多，常见的中枢神经系统疾病有癫痫、阿尔茨海默病、帕金森病、药物依赖、睡眠障碍、精神障碍等；周围神经系统常见的一般为神经夹伤、神经断裂等疾病。
[0003]由于神经系统结构复杂而且容易出现结构或生理功能上的异常，因此很难通过自身的调节恢复健康。在神经性疾病治疗领域，可植入神经假体是一种为研究和治疗神经性疾病而开发出的工程化产品。例如用于恢复失聪患者听力的人工耳蜗、用于抑制帕金森症的脑深部刺激装置以及用于缓解疼痛的脊髓神经调节装置等。由上面提到的神经性疾病的病因来看，神经系统的异常放电是导致某些神经性疾病的主要原因。目前有些研究人员采用电子、化学以及光学等方法用于对神经系统放电现象的调控，从而开启了一条治疗神经性疾病的新道路。此外，新材料的开发和利用也大大提高了神经植入物的治疗效果。
[0004]在中枢神经系统植入物研究的过程中，人们发现直接将电极植入人体内在短时间内具有很好的使用效果，但是随着时间的推移，电极会逐渐失去作用。有研究表明，造成这种现象的主要原因在于脑组织对植入物的免疫反应。一方面是电极材料本身与脑组织之间存在免疫反应;另一方面是电极在插入脑部的过程中对脑组织造成机械性损伤。目前多通过在电极表面涂抹生物相容性材料以减缓免疫反应。还有研究表明神经植入电极的机械性能在一定程度上也会影响其生物相容性。因此，改变神经电极的机械性能，使用与脑组织机械性能相似的神经电极材料可以提高神经电极的使用效果。
[0005]—般的金属材料往往具有很高的熔点，而有些金属材料，如汞在常温下保持液体形态。虽然汞可以在常温下保持液态，但是其毒性较强，不适合在人体内应用。与汞类似，镓及其与铟和锡的合金具有较低的熔点。镓铟锡合金具有较宽的液态温度范围，并且化学性质稳定。实验表明，将镓铟锡合金暴露在20摄氏度空气中，仅有微量的金属被氧化。此外，金属镓在300到400摄氏度时具有一定的化学腐蚀性，而在常温下这种腐蚀作用非常小。金属镓不能溶解于水中，因此镓不易通过皮肤被吸收。除金属镓外，铟和锡元素的生物相容性也可从临床研究中推断出来。实际上，镓铟锡合金曾经被用作牙科填充材料。金属锡常制成容器盛装食物，其无机化合物不易被人体吸收。
[0006]由于液态金属的熔点较低，因此同时具有金属的导电性、导热性和放射成像能力以及液体所具有的流动性和顺应性。液态金属这种独特的性质，使其在生物医学领域有着广阔的应用前景。
【发明内容】
[0007]本发明解决的问题在于提供一种基于液态金属的植入式柔性神经电极及其制备方法，具有与生物组织相似的力学特性，使得该种植入物具有较小的免疫反应，可以提高植入物的生物相容性。
[0008]本发明是通过以下技术方案来实现:
[0009]—种基于液态金属的植入式柔性神经电极，包括封装在柔性聚合物薄膜之间的液态金属电路，柔性聚合物薄膜上还开设有与液态金属电路连通的通孔，通孔中封装有可导电的液态金属封装剂;所述的液态金属封装剂是掺杂液态金属的聚合物薄膜成型剂。
[0010]所述的柔性聚合物薄膜是依赖于模具经变性成型，具有模具所提供的平面结构或三维结构;液态金属电路由液态金属喷涂掩膜板成型，具有掩膜板所提供的电路结构。
[0011]所述的液态金属电路包括电极端、液态金属导线和外部接口端，电极端与通孔位置相对应，外部接口端分布在柔性聚合物薄膜的一侧，具有与外部电路相匹配的端口。
[0012]所述的电极端呈阵列分布在柔性聚合物薄膜上，每个电极端通过一条液态金属导线与外部接口端相连接;液态金属导线平行设置，间距相等或不等；[〇〇13]或者，柔性聚合物薄膜上设有单一的电极端，电极端通过液态金属导线与外部接口端相连接。
[0014]根据液态金属电路中的电极端的分布，所述的植入式柔性神经电极包括阵列式中枢神经系统植入电极和袖口式外周神经系统植入电极。
[0015]所述的阵列式中枢神经系统植入电极，包括相互贴合的下层聚合物薄膜和上层聚合物薄膜、以及夹持其间的液态金属电路，下层聚合物薄膜上设有呈阵列排列的电极端，电极端通过液态金属导线与设置在另一端的外部接口端相连，液态金属导线之间相互平行； 上层聚合物薄膜上开设有与电极端一一对应的通孔，其中封装有液态金属封装剂。
[0016]所述的袖口式外周神经系统植入电极，包括相互贴合的下层聚合物薄膜和上层聚合物薄膜、以及夹持其间的液态金属电路，下层聚合物薄膜、上层聚合物薄膜弯折或曲折成具有三维空间的结构；
[0017]下层聚合物薄膜上设有单一电极端，电极端通过液态金属导线与设置在另一端的外部接口端相连;上层聚合物薄膜上开设有与电极端位置相对应的通孔，其中封装有液态金属封装剂。
[0018]所述的阵列式中枢神经系统植入电极中，下层聚合物薄膜、上层聚合物薄膜均为透明的长方形状薄膜，其厚度为微米级；
[0019]所述的袖口式外周神经系统植入电极中，下层聚合物薄膜、上层聚合物薄膜，前段均为长方形状薄膜弯折而成的细长圆弧，后端均为长条形薄膜。
[0020]所述的液态金属电路是由常温下保持液体形态的液态金属成型;所述的柔性聚合物薄膜是由聚合物薄膜成型剂在模具中经加热聚合而成型，所述的聚合物薄膜成型剂是聚合物反应液与固化剂的混合液。[0021 ]所述的液态金属为镓铟合金或掺杂锡的镓铟合金；[〇〇22]所述的聚合物薄膜成型剂是PDMS聚合液与硅胶固化剂以5?15:1的质量比混合而得到的混合液。
[0023]一种基于液态金属的植入式柔性神经电极的制备方法，包括以下操作:
[0024]1)将聚合物反应液与固化剂以5?15:1的质量比混合得到聚合物薄膜成型剂，然后将其均匀涂抹在模具表面或者灌注在模具内，加热条件下使聚合物薄膜成型剂凝固，得到柔性聚合物薄膜；
[0025]2)将掩膜板覆盖在柔性聚合物薄膜上，使用液态金属喷枪将液态金属均匀喷涂在柔性聚合物薄膜上;然后掩膜板取下，将掩膜板外多余的液态金属微液滴清洗干净，柔性聚合物薄膜上的液态金属电路制作完成；
[0026]3)使用打孔器在另一柔性聚合物薄膜上打出与液态金属电路的电极端位置相对应的通孔，然后将该柔性聚合物薄膜与喷涂了液态金属的柔性聚合物薄膜紧密粘合；
[0027]4)将液态金属与聚合物薄膜成型剂搅拌均匀，使液态金属微滴均匀分布在聚合物薄膜成型中，得到液态金属封装剂，然后将其灌注在通孔中，加热使其凝固完成封装。
[0028]所述的模具包括平板、具有空间结构的三维模具、3D打印技术制作的指定模具；
[0029]所述的掩膜板为塑料或金属掩膜板，其上刻蚀有与柔性聚合物薄膜形状相匹配的电路图形。
[0030]所述的植入式柔性神经电极为阵列式中枢神经系统植入电极，其制备包括以下操作:
[0031]1)将PDMS与硅胶固化剂以5?15:1的质量比混合得到聚合物薄膜成型剂，然后将其均匀涂抹在玻璃表面，于75?80 °C加热0.5?lh使聚合物薄膜成型剂凝固，得到柔性聚合物薄膜；
[0032]2)将掩膜板覆盖在柔性聚合物薄膜上，掩膜板上刻蚀有呈阵列分布的电极端、平行排列的金属导线和接口端，使用液态金属喷枪将液态金属均匀喷涂在柔性聚合物薄膜上;然后掩膜板取下，使用酒精或碱性溶液将掩膜板外多余的液态金属微液滴清洗干净，柔性聚合物薄膜上的液态金属电路制作完成；
[0033]3)使用打孔器在另一柔性聚合物薄膜上打出与液态金属电路的电极端位置相一一的通孔，然后将该柔性聚合物薄膜与喷涂了液态金属的柔性聚合物薄膜贴合，使用等离子键合的方法使两层聚合物薄膜紧密粘合；
[0034]4)将液态金属微滴喷涂在聚合物薄膜成型剂的表面，搅拌均匀使液态金属微滴均匀分布在聚合物薄膜成型中，得到液态金属封装剂，然后将其灌注在通孔中，加热使其凝固完成封装。[〇〇35]所述的植入式柔性神经电极为袖口式的外周神经电极，其制备包括以下操作: [〇〇36]1)将PDMS与硅胶固化剂以5?15:1的质量比混合得到聚合物薄膜成型剂，然后将其灌注于三维模具中，于75?80°C加热0.5?lh使聚合物薄膜成型剂凝固，取出得到具有指定形状的柔性聚合物薄膜；
[0037]2)将掩膜板覆盖在柔性聚合物薄膜上，掩膜板上刻蚀有电极端、金属导线和接口端，使用液态金属喷枪将液态金属均匀喷涂在柔性聚合物薄膜上;然后掩膜板取下，使用酒精或碱性溶液将掩膜板外多余的液态金属微液滴清洗干净，柔性聚合物薄膜上的液态金属电路制作完成；
[0038]3)使用打孔器在同一模具制备的另一柔性聚合物薄膜上，打出与液态金属电路的电极端位置相对应的通孔，然后将该柔性聚合物薄膜与喷涂了液态金属的柔性聚合物薄膜贴合，使用等离子键合的方法使两层聚合物薄膜紧密粘合；
[0039]4)将液态金属微滴喷涂在聚合物薄膜成型剂的表面，搅拌均匀使液态金属微滴均匀分布在聚合物薄膜成型中，得到液态金属封装剂，然后将其灌注在通孔中，加热使其凝固完成封装。
[0040]与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果:
[0041]本发明提供的基于液态金属的植入式柔性神经电极及其制备方法，其采用液态金属作为电信号传导载体，采用柔性聚合物薄膜进行封装，采用液态金属喷涂技术制作，实现了植入式神经电极的完全柔性化，可代替传统的铂金电极。本发明中采用的液态金属具有良好的导电性，极佳的柔顺性以及特有的流动性，因此将其用于制造柔性生物电极具有独特的优势。相比于传统的刚性神经电极，本发明所提出的液态金属柔性电极具有更好的生物相容性。
[0042]本发明使用柔性聚合薄膜封装的液态金属电路具有良好的力学性质，与生物组织接触的液态金属封装剂具有良好的导电性和生物相容性，且该材料凝固后呈胶状，可以防止液态金属泄露。柔性神经电极的柔顺性和应力应变特性取决于封装材料的特性，本发明采用的这种柔性电极作为神经植入物植入到生物体内具有与生物组织相似的力学特性，使得该种植入物具有较小的免疫反应，因而可以在生物体内长时间发挥作用。
[0043]本发明提供的基于液态金属的植入式柔性神经电极制备方法，其柔性聚合物薄膜采用液态平铺或灌注、加热凝固的方式来制备，而液态金属电路的制备采用金属液态喷涂的方式来完成，工艺简单有效，便于操作；而且适应性好，既可以用于制作阵列式的中枢神经系统植入电极，也可以用于制作外周神经刺激电极。进一步的，对于不同应用场合，柔性神经植入电极的具体尺寸和形状可以做出相应的调整;通过对柔性材料组成、液态金属、模型形状的改变，就能够满足不同柔顺性、环境温度和导电要求的不同需要，结合模型3D打印制作和液态金属电路掩模板的指定化设计，能够进一步满足个性化植入式电极的需求。【附图说明】
[0044]图1-1是阵列式中枢神经电极的整体结构示意图；
[0045]图1-2是袖口式的外周神经电极的整体结构示意图；
[0046]图2是阵列式中枢神经电极的各组成部分的结构示意图；
[0047]图3是阵列式中枢神经电极的加工过程示意图；
[0048]图4是袖口式的外周神经电极的各组成部分的结构示意图；
[0049]图5是袖口式的外周神经电极的加工过程示意图；
[0050]图6是液态金属封装剂的加工过程示意图。【具体实施方式】
[0051]下面结合具体的实施例对本发明做进一步的详细说明，所述是对本发明的解释而不是限定。
[0052]参见图1-1、图1-2,本发明提供的基于液态金属的植入式柔性神经电极，包括封装在柔性聚合物薄膜3之间的液态金属电路4,柔性聚合物薄膜3上还开设有与液态金属电路4 连通的通孔，通孔中封装有可导电的液态金属封装剂5;所述的液态金属封装剂是掺杂液态金属的聚合物薄膜成型剂。
[0053]所述的柔性聚合物薄膜3是依赖于模具经变性成型，具有模具所提供的平面结构或三维结构;液态金属电路4由液态金属喷涂掩膜板成型，具有掩膜板所提供的电路结构。
[0054]根据液态金属电路4中的电极端的分布，所述的植入式柔性神经电极包括阵列式中枢神经系统植入电极(参见图1-1和袖口式外周神经系统植入电极(参见图1-2。[〇〇55]参见图2,所述的液态金属电路4包括电极端2f、液态金属导线2g和外部接口端2h， 电极端2f与通孔位置相对应，外部接口端2h分布在柔性聚合物薄膜3的一侧，具有与外部电路相匹配的端口。
[0056]所述的阵列式中枢神经系统植入电极，包括相互贴合的下层聚合物薄膜和上层聚合物薄膜、以及夹持其间的液态金属电路，下层聚合物薄膜上设有呈阵列排列的电极端，电极端通过液态金属导线与设置在另一端的外部接口端相连，液态金属导线之间相互平行； 上层聚合物薄膜上开设有与电极端一一对应的通孔，其中封装有液态金属封装剂5。阵列式中枢神经系统植入电极中，下层聚合物薄膜、上层聚合物薄膜均为透明的长方形状薄膜，其厚度为微米级。[〇〇57]所述的袖口式外周神经系统植入电极，包括相互贴合的下层聚合物薄膜和上层聚合物薄膜、以及夹持其间的液态金属电路，下层聚合物薄膜、上层聚合物薄膜弯折或曲折成具有三维空间的结构；
[0058]下层聚合物薄膜上设有单一电极端，电极端通过液态金属导线与设置在另一端的外部接口端相连;上层聚合物薄膜上开设有与电极端位置相对应的通孔，其中封装有液态金属封装剂5。
[0059]所述的袖口式外周神经系统植入电极中，其下层聚合物薄膜、上层聚合物薄膜，前段均为长方形状薄膜弯折而成的细长圆弧，后端均为长条形薄膜。
[0060]所述的液态金属电路4是由常温下保持液体形态的液态金属喷涂成型;所述的柔性聚合物薄膜3是由聚合物薄膜成型剂在模具中经加热聚合而成型，所述的聚合物薄膜成型剂是聚合物反应液与固化剂的混合液。[0061 ]本发明提供的基于液态金属的植入式柔性神经电极的制备方法，包括以下操作:
[0062]1)将聚合物反应液与固化剂以5?15:1的质量比混合得到聚合物薄膜成型剂，然后将其均匀涂抹在模具表面或者灌注在模具内，加热条件下使聚合物薄膜成型剂凝固，得到柔性聚合物薄膜；
[0063]2)将掩膜板覆盖在柔性聚合物薄膜上，使用液态金属喷枪将液态金属均匀喷涂在柔性聚合物薄膜上;然后掩膜板取下，将掩膜板外多余的液态金属微液滴清洗干净，柔性聚合物薄膜上的液态金属电路制作完成；
[0064]3)使用打孔器在另一柔性聚合物薄膜上打出与液态金属电路的电极端位置相对应的通孔，然后将该柔性聚合物薄膜与喷涂了液态金属的柔性聚合物薄膜紧密粘合；
[0065]4)将液态金属与聚合物薄膜成型剂搅拌均匀，使液态金属微滴均匀分布在聚合物薄膜成型中，得到液态金属封装剂，然后将其灌注在通孔中，加热使其凝固完成封装。
[0066]下面结合具体的实施例来进行说明。
[0067]实施例1
[0068]参见图1-1、图2所示，阵列式中枢神经电极1主要由柔性聚合物薄膜3、液态金属电路4以及液态金属封装剂5三部分组成。柔性聚合物薄膜3整体形状为长3cm，宽2cm的长方形，分为上下两层:下层为100微米厚的聚合物薄膜;上层为100微米厚的聚合物薄膜，其上均匀分布25个直径为500微米的通孔。液态金属电路4位于上下两层聚合物薄膜中间，液态金属电路的25个电极端点分别与上层薄膜的通孔一一对应，电路线另一侧的25个端点全部分布在聚合物薄膜一侧形成接口端，便于与外部的电路接口进行连接。液态金属封装剂5灌注到聚合物薄膜上的25个通孔中。该复合物为固态胶状物，可以对液态金属电路进行封装， 防止泄露；其中掺杂的液态金属微滴使其具有一定的导电能力，因此可以作为电极与生物组织直接接触。
[0069]参考图2,阵列式中枢神经电极的下层为下层柔性聚合物薄膜2a，厚度为100微米左右；中间为液态金属电路2b，包括电极端2f、液态金属导线2g和外部接口端2h;表层为上层柔性聚合物薄膜2c，厚度在100微米左右，在其表面分布着5X5的通孔2d。通孔2d直径为 500微米，彼此相距3mm。通孔2d内部填充液态金属娃胶复合物2e，对液态金属电极进行进一步封装。
[0070]实施例2
[0071]参见图1-2、图4,袖口式的外周神经电极的结构与阵列式中枢神经电极1相似，主要由柔性聚合物薄膜3、液态金属电路4以及液态金属封装剂5三部分组成。柔性聚合物薄膜 3具有三维空间结构，其前段是宽4_，长lcm的长方形薄膜弯折而成的细长圆弧，后段为宽 2mm，长5cm的长条形薄膜。柔性聚合物薄膜3同样分为上下两层，下层为100微米厚的聚合物薄膜;上层为100微米厚的聚合物薄膜。在上层薄膜的前段分布着一个直径为500微米的通孔。液态金属电路4位于上下两层聚合物薄膜中间，电路的电极端点与上层薄膜在其前段的通孔相对应。与阵列式中枢神经电极1相同，将液态金属封装剂5灌注在通孔中，进行封装。
[0072]参考图4,袖口式的外周神经电极的下层为袖口下层柔性聚合物薄膜4a，厚度为 100微米，分为前后两段:前段是宽4mm，长lcm的长方形薄膜弯折而成的细长圆弧，后段为宽 2mm，长5cm的长条形薄膜；中间为袖口液态金属电路4b，粘附在下层聚合物薄膜上;表层同样为100微米厚的袖口柔性聚合物薄膜4c，形状与袖口上层柔性聚合物薄膜4a相同，其表面分布着一个直径为200微米的通孔4d，与液态金属电路的一个端点对应，通孔4d内部填充袖口液态金属硅胶复合物4e。
[0073]所述的液态金属为镓铟合金，不同的含量配比可以得到不同熔点和导电性能的液态金属合金。具体的，本发明中所选用的镓铟合金，由75.5%的镓和24.5%的铟组成。该镓铟合金的熔点为10.35°C，在常温下处于液态，可用于液态金属柔性电路的制备。[〇〇74]所述的柔性聚合物薄膜可以使用硅胶或聚二甲基硅氧烷(PDMS)等弹性高分子材料。此类高分子聚合物材料具有很好的柔韧性，施加外力可以产生较大范围的拉伸变形，而且制作过程比较简单，是设计柔性机器人的常用材料。具体的，本发明使用的聚合物薄膜采用Dow Corning公司生产的PDMS材料。将PDMS(娃橡胶预聚物Sylgard 184)与固化剂(Dow Corning，USA)以10:1的质量比混合，在75°C的环境中加热一小时即可凝固。[〇〇75] 实施例3
[0076]参考图3,阵列式中枢神经电极的加工过程，采用液态金属喷涂技术制备液态金属柔性电极。该方法简单易行，且对PDMS薄膜的厚度没有严格的要求。具体包括以下操作: [〇〇77]首先，将硅橡胶预聚物与固化剂以10:1的质量比混合均匀，随后将混合液3a均匀涂抹在玻璃3b表面，置于75°C的加热箱中加热一小时；当PDMS凝固后将其取出，将塑料或金属掩膜板3c置于PDMS薄膜之上，随后使用液态金属喷枪3d将液态金属均匀喷涂在PDMS薄膜上;将掩膜板3c取下，使用质量分数为75%的酒精或lmol/L的氢氧化钠溶液将掩膜板3c外多余的液态金属微液滴清洗干净;将PDMS混合液3a均匀涂抹在另一块玻璃板3b上，然后将其放置在75°C的加热箱中加热一小时，制作出上层柔性聚合物薄膜;使用直径为500微米的打孔器在上层聚合物薄膜上打出5X5的通孔阵列3e，该通孔与液态金属电路的端点一一对应;将上层柔性聚合物薄膜和喷涂了液态金属的下层柔性聚合物薄膜贴合在一起，使用等离子键合的方法使两层聚合物薄膜紧密地粘合在一起。[〇〇78]等离子键合的操作方法:将上层柔性聚合物薄膜和喷涂了液态金属的下层柔性聚合物薄膜贴合在一起，放入PDMS芯片等离子键合机(型号为GPC-102A)中。首先对等离子键合机的腔体进行抽真空处理;之后使用氧气反复冲洗，排除其余气体;关闭氧气流，把真空腔抽真空到真空度(氧气压力)为13.3?40Pa;加高压1400?2000V使真空腔内的氧气起辉， 对PDMS基片表面进行氧等离子体轰击，即可完成对PDMS基片的键合。
[0079]实施例4
[0080]参考图5,袖口式的外周神经电极的加工过程，具体包括以下操作:[〇〇81]由于袖口式外周神经电极具有三维结构，因此需要定做三维模具，灌注出特定形状的聚合物薄膜。本发明采用3D打印技术制作出的三维模具5a，将PDMS与硅胶固化剂以10: 1的质量比混合均匀，随后将混合液5b灌注进三维模具5a中，置于75°C的加热箱中加热一小时；当PDMS凝固后将其取出，即为下层柔性聚合物薄膜;将塑料或金属掩膜板5c置于PDMS之上，随后使用液态金属喷枪5d将液态金属均匀喷涂在PDMS薄膜上;将掩膜板取下，使用酒精或氢氧化钠溶液将掩膜板外多余的液态金属微液滴清洗干净;上层柔性聚合物薄膜同样使用三维模具5a灌注出相同形状，之后使用直径为500微米的打孔器在上层聚合物薄膜上打出一个通孔5e，该通孔与液态金属电路的一个端点对应;将上层柔性聚合物薄膜和喷涂了液态金属的下层柔性聚合物薄膜贴合在一起，使用等离子键合的方法使两层聚合物薄膜紧密地粘合在一起。
[0082] 实施例5[〇〇83]参考图6，液态金属封装剂的加工及封装，具体包括以下操作:[〇〇84] 本发明使用的液态金属封装剂由液态金属和PDMS聚合物两部分组成。将PDMS与硅胶固化剂以10:1的质量比混合均匀，制成混合液6a;使用液态金属喷枪6b将液态金属微滴喷涂在混合液的表面，随后使用玻璃棒将液态金属和PDMS混合液搅拌均匀，使液态金属微滴均匀分布在PDMS混合液中；将均匀混合了液态金属微滴的PDMS胶体6c灌注在神经电极的通孔中，即可实现对液态金属的封装。
[0085]以上给出的实施例是实现本发明较优的例子，本发明不限于上述实施例。本领域的技术人员根据本发明技术方案的技术特征所做出的任何非本质的添加、替换，均属于本发明的保护范围。
【主权项】
1.一种基于液态金属的植入式柔性神经电极，其特征在于，包括封装在柔性聚合物薄 膜(3)之间的液态金属电路(4)，柔性聚合物薄膜(3)上还开设有与液态金属电路(4)连通的 通孔，通孔中封装有可导电的液态金属封装剂(5);所述的液态金属封装剂是掺杂液态金属 的聚合物薄膜成型剂。2.如权利要求1所述的基于液态金属的植入式柔性神经电极，其特征在于，所述的柔性 聚合物薄膜(3)是依赖于模具经变性成型，具有模具所提供的平面结构或三维结构;液态金 属电路(4)由液态金属喷涂掩膜板成型，具有掩膜板所提供的电路结构。3.如权利要求1所述的基于液态金属的植入式柔性神经电极，其特征在于，所述的液态 金属电路(4)包括电极端(2f)、液态金属导线(2g)和外部接口端(2h)，电极端(2f)与通孔位 置相对应，外部接口端(2h)分布在柔性聚合物薄膜(3)的一侧，具有与外部电路相匹配的端 □ 〇4.如权利要求3所述的基于液态金属的植入式柔性神经电极，其特征在于，所述的电极 端(2f)呈阵列分布在柔性聚合物薄膜(3)上，每个电极端(2f)通过一条液态金属导线(2g) 与外部接口端(2h)相连接;液态金属导线(2g)平行设置，间距相等或不等；或者，柔性聚合物薄膜(3)上设有单一的电极端(2f)，电极端(2f)通过液态金属导线 (2g)与外部接口端(2h)相连接。5.如权利要求1或3所述的基于液态金属的植入式柔性神经电极，其特征在于，根据液 态金属电路(4)中的电极端的分布，所述的植入式柔性神经电极包括阵列式中枢神经系统 植入电极和袖口式外周神经系统植入电极。6.如权利要求5所述的基于液态金属的植入式柔性神经电极，其特征在于，所述的阵列 式中枢神经系统植入电极，包括相互贴合的下层聚合物薄膜和上层聚合物薄膜、以及夹持 其间的液态金属电路，下层聚合物薄膜上设有呈阵列排列的电极端，电极端通过液态金属 导线与设置在另一端的外部接口端相连，液态金属导线之间相互平行;上层聚合物薄膜上 开设有与电极端一一对应的通孔，其中封装有液态金属封装剂(5)。7.如权利要求6所述的基于液态金属的植入式柔性神经电极，其特征在于，所述的袖口 式外周神经系统植入电极，包括相互贴合的下层聚合物薄膜和上层聚合物薄膜、以及夹持 其间的液态金属电路，下层聚合物薄膜、上层聚合物薄膜弯折或曲折成具有三维空间的结 构；下层聚合物薄膜上设有单一电极端，电极端通过液态金属导线与设置在另一端的外部 接口端相连;上层聚合物薄膜上开设有与电极端位置相对应的通孔，其中封装有液态金属 封装剂(5)。8.如权利要求5所述的基于液态金属的植入式柔性神经电极，其特征在于，所述的阵列 式中枢神经系统植入电极中，下层聚合物薄膜、上层聚合物薄膜均为透明的长方形状薄膜， 其厚度为微米级；所述的袖口式外周神经系统植入电极中，其下层聚合物薄膜、上层聚合物薄膜，前段均 为长方形状薄膜弯折而成的细长圆弧，后端均为长条形薄膜。9.如权利要求1?8任何一项权利要求所述的基于液态金属的植入式柔性神经电极，其 特征在于，所述的液态金属电路(4)是由常温下保持液体形态的液态金属喷涂成型;所述的 柔性聚合物薄膜(3)是由聚合物薄膜成型剂在模具中经加热聚合而成型，所述的聚合物薄膜成型剂是聚合物反应液与固化剂的混合液。10.如权利要求9所述的基于液态金属的植入式柔性神经电极，其特征在于，所述的液 态金属为镓铟合金或掺杂锡的镓铟合金；所述的聚合物薄膜成型剂是TOMS聚合液与硅胶固化剂以5?15:1的质量比混合而得到 的混合液。11.一种基于液态金属的植入式柔性神经电极的制备方法，其特征在于，包括以下操 作:1)将聚合物反应液与固化剂以5?15:1的质量比混合得到聚合物薄膜成型剂，然后将 其均匀涂抹在模具表面或者灌注在模具内，加热条件下使聚合物薄膜成型剂凝固，得到柔 性聚合物薄膜；2)将掩膜板覆盖在柔性聚合物薄膜上，使用液态金属喷枪将液态金属均匀喷涂在柔性 聚合物薄膜上;然后掩膜板取下，将掩膜板外多余的液态金属微液滴清洗干净，柔性聚合物 薄膜上的液态金属电路制作完成；3)使用打孔器在另一柔性聚合物薄膜上打出与液态金属电路的电极端位置相对应的 通孔，然后将该柔性聚合物薄膜与喷涂了液态金属的柔性聚合物薄膜紧密粘合；4)将液态金属与聚合物薄膜成型剂搅拌均匀，使液态金属微滴均匀分布在聚合物薄膜 成型中，得到液态金属封装剂，然后将其灌注在通孔中，加热使其凝固完成封装。12.如权利要求11所述的基于液态金属的植入式柔性神经电极的制备方法，其特征在 于，所述的液态金属为镓铟合金或掺杂锡的镓铟合金；所述的聚合物薄膜成型剂是TOMS聚合液与硅胶固化剂以5?15:1的质量比混合而得到 的混合液；液态金属封装剂中，液态金属与聚合物薄膜成型剂的质量比为1:5?10。13.如权利要求11所述的基于液态金属的植入式柔性神经电极的制备方法，其特征在 于，所述的模具包括平板、具有空间结构的三维模具、3D打印技术制作的指定模具；所述的掩膜板为塑料或金属掩膜板，其上刻蚀有与柔性聚合物薄膜形状相匹配的电路 图形。14.如权利要求11所述的基于液态金属的植入式柔性神经电极的制备方法，其特征在 于，所述的植入式柔性神经电极为阵列式中枢神经系统植入电极，其制备包括以下操作:1)将PDMS与硅胶固化剂以5?15:1的质量比混合得到聚合物薄膜成型剂，然后将其均 匀涂抹在玻璃表面，于75?80°C加热0.5?lh使聚合物薄膜成型剂凝固，得到柔性聚合物薄 膜；2)将掩膜板覆盖在柔性聚合物薄膜上，掩膜板上刻蚀有呈阵列分布的电极端、平行排 列的金属导线和接口端，使用液态金属喷枪将液态金属均匀喷涂在柔性聚合物薄膜上;然 后掩膜板取下，使用酒精或碱性溶液将掩膜板外多余的液态金属微液滴清洗干净，柔性聚 合物薄膜上的液态金属电路制作完成；3)使用打孔器在另一柔性聚合物薄膜上打出与液态金属电路的电极端位置相一一的 通孔，然后将该柔性聚合物薄膜与喷涂了液态金属的柔性聚合物薄膜贴合，使用等离子键 合的方法使两层聚合物薄膜紧密粘合；4)将液态金属微滴喷涂在聚合物薄膜成型剂的表面，搅拌均匀使液态金属微滴均匀分布在聚合物薄膜成型中，得到液态金属封装剂，然后将其灌注在通孔中，加热使其凝固完成 封装。15.如权利要求11所述的基于液态金属的植入式柔性神经电极的制备方法，其特征在 于，所述的植入式柔性神经电极为袖口式的外周神经电极，其制备包括以下操作:1)将PDMS与硅胶固化剂以5?15:1的质量比混合得到聚合物薄膜成型剂，然后将其灌 注于三维模具中，于75?80°C加热0.5?lh使聚合物薄膜成型剂凝固，取出得到具有指定形 状的柔性聚合物薄膜；2)将掩膜板覆盖在柔性聚合物薄膜上，掩膜板上刻蚀有电极端、金属导线和接口端，使 用液态金属喷枪将液态金属均匀喷涂在柔性聚合物薄膜上;然后掩膜板取下，使用酒精或 碱性溶液将掩膜板外多余的液态金属微液滴清洗干净，柔性聚合物薄膜上的液态金属电路 制作完成；3)使用打孔器在同一模具制备的另一柔性聚合物薄膜上，打出与液态金属电路的电极 端位置相对应的通孔，然后将该柔性聚合物薄膜与喷涂了液态金属的柔性聚合物薄膜贴 合，使用等离子键合的方法使两层聚合物薄膜紧密粘合；4)将液态金属微滴喷涂在聚合物薄膜成型剂的表面，搅拌均匀使液态金属微滴均匀分 布在聚合物薄膜成型中，得到液态金属封装剂，然后将其灌注在通孔中，加热使其凝固完成 封装。
【文档编号】A61N1/05GK105944228SQ201610261140
【公开日】2016年9月21日
【申请日】2016年4月25日
【发明人】国瑞, 盛磊, 刘静
【申请人】清华大学