新型具有球面弧形衬底的视网膜假体的制作方法
【专利摘要】本实用新型涉及一种新型具有球面弧形衬底的视网膜假体，包括微电极阵列、微电极阵列引出线部分和外加电刺激引入部分，其主要技术特点是：所述微电极阵列为球面弧形视网膜表面微电极阵列。本实用新型采用球面弧形视网膜表面微电极阵列使得视网膜中心位置与视网膜表面较好地贴合在一起，而微电极设置在球面弧形的凸面上，可使微电极有效地接触视网膜表面，从而提高电刺激效率，减小视网膜表面微电极阵列的刺激电流，延长了微电极阵列的使用时间，有效地保护了视网膜，同时，采用具有生物相容性的球面弧形聚氯代二甲苯材料作为柔性衬底，便于电极阵列的制造与植入。
【专利说明】新型具有球面弧形衬底的视网膜假体【技术领域】
[0001]本实用新型属于视觉假体【技术领域】，尤其是一种新型具有球面弧形衬底的视网膜假体。
【背景技术】
[0002]视网膜假体(Retinal Prothesis)是针对特定的视网膜病变,将微电极阵列植入视网膜，刺激尚存的视杆细胞和视锥细胞，使光信息在大脑形成。老年性黄斑变性(AMD)和视网膜色素变性(RP)视锥细胞和视杆细胞发生不同程度的退化，造成视力减退或失明；然而，视神经却没有受到损坏，仍然可以将视网膜的电信号传输给大脑。视觉假体的原理是将光信号编码为电刺激信号，然后由视网膜微电极阵列将电信号施加到视网膜，通过刺激视网膜尚未损毁的视觉细胞，引起电响应信号部分，电响应信号通过视神经传出到大脑皮层，在大脑皮层建立视觉重建，由此可以使患者的视力得到改善或恢复。
[0003]在视网假体的关键部件微电极阵列的设计制作中，不仅要考虑材料的生物相容性，尽可能提高视觉图像的分辨率，还需要考虑微电极阵列能否与视网膜表面无损伤地有效接触、电刺激的有效性和植入电极阵列的使用时间。
[0004]现有的视网膜电极主流设计是平板形状，尽管采用柔性材料作为电极阵列的衬底，在微电极阵列植入过程中和微电极阵列植入视网膜以后，电极阵列的边缘仍然会对视网膜造成损伤。由于视网膜本身非常脆弱，尤其视网膜神经元对压力非常敏感，即使不太强的眼压维持比较长的时间，视神经元也会凋亡。此外，视网膜如果发生穿孔或牵拉，会从下层的眼组织脱落，最终失去视觉功能。Byers等人1990年尝试将制作成凸起微电极的“钉电极阵列”植入视 网膜组织，通过连接的带有电路放大系统分析产生的电信号，结果显示这种穿透电极由于损坏了视网膜组织而无法为在大脑皮层产生光信号。因此，在设计视觉假体中的微电极阵列附件时，要考虑植入过程和植入固定后由于接触压力对视网膜可能造成的损伤。
[0005]Hossein Ameri, Mark Humayun等人于2007年提出一种多段结构的大视野、立体视网膜微电极阵列，该阵列由中心区和外周两个半圆环连接而成，在植入过程中，需要将三段分别植入视网膜，再将三段结构拼接成有一个圆形底的“碗”状球面立体电极阵列。虽然该阵列可以提供较大的空间视野，但是，其结构比较复杂，电极阵列的制作、植入和植入后的拼接、固定难度都较大。
【发明内容】
[0006]本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，提供一种结构简单、植入方便、不伤害视网膜且能够有效提高微电极刺激效率的新型具有球面弧形衬底的视网膜假体。
[0007]本实用新型解决现有的技术问题是采取以下技术方案实现的:
[0008]一种新型具有球面弧形衬底的视网膜假体，包括微电极阵列、微电极阵列引出线部分和外加电刺激引入部分，所述微电极阵列为球面弧形视网膜表面微电极阵列。[0009]而且，所述的球面弧形视网膜表面微电极阵列包括与视网膜弧度接近的柔性衬底和安装在柔性衬底的球面弧形凸起面上的微电极，在微电极两侧的柔性衬底上制有固定孔。
[0010]而且，所述的柔性衬底为圆边长方形或圆边正方形。
[0011]而且，所述的微电极阵列引出线部分是在柔性衬底上嵌入细微金属线，该细微金属线两端分别与微电极阵列上的微电极及外加电刺激引入部分上的金属点阵相连接。
[0012]而且，所述的微电极阵列引出线部分为单层分布结构、双层分布结构或多层分布结构，所述细微金属线之间的间距不小于40 μ m。
[0013]而且，所述的外加电刺激引入部分是在柔性衬底上安装金属点阵，所述的金属点阵分别与微电极阵列引出线部分的微细金属线及外部电刺激信号相连接。
[0014]而且，所述的微电极阵列、微电极阵列引出线部分和外加电刺激引入部分一体制成，整体厚度不大于20 μ m。
[0015]而且，所述的柔性衬底采用具有生物相容性的聚氯代二甲苯材料制成。
[0016]本实用新型的优点和积极效果是:
[0017]1、本实用新型采用球面弧形视网膜表面微电极阵列使得视网膜中心位置与视网膜表面较好地贴合在一起，而微电极设置在球面弧形的凸面上，可使微电极有效地接触视网膜表面，从而提高电刺激效率，减小视网膜表面微电极阵列的刺激电流，有效地保护视网膜。
[0018]2、本实用新型采用具有生物相容性的球面弧形聚氯代二甲苯(parylene)材料作为柔性衬底，在电极植入时，可以保证手术切口较小，减小手术损伤。
[0019]3、本实用新型采用类圆形边缘的微电极阵列，在微电极阵列植入后，不会使边缘压力集中，可以有效地保护视网膜及表层下面的视神经元，可以延长微电极阵列的使用时间，进而更有效地完成视觉恢复功能。
[0020]4、本实用新型设计合理，在微电极阵列植入视网膜过程中和植入视网膜后，可以与视网膜形成更紧密的接触，提高微电极的刺激效率，延长微电极阵列的使用时间，同时，微电极阵列的衬底采用模具成型的工艺，不会增加微电极阵列加工的难度。
【专利附图】
【附图说明】
[0021]图1为本实用新型的结构示意图；
[0022]图2a为弧形球面视网膜电极阵列的结构示意图；
[0023]图2b为图2a的水平方向剖视图；
[0024]图2c为图2a的垂直方向剖视图；
[0025]图3为球面弧形视网膜表面微电极阵列的弧度计算示意图；
[0026]图4a为平面电极阵列植入后的状态示意图；
[0027]图4b为球形弧面视网膜电极阵列植入后的状态示意图。
【具体实施方式】
[0028]以下结合附图对本实用新型实施例做进一步详述。
[0029]一种新型具有球面弧形衬底的视网膜假体，如图1所示，包括植入视网膜的微电极阵列1、微电极阵列引出线部分2和外加电刺激引入部分3，上述三部分可以一体制成，其整体厚度不大于20 μ m。所述植入视网膜的微电极阵列为球面弧形视网膜表面微电极阵列，该电极阵列是在具有生物相容性的球面弧形聚氯代二甲苯(parylene)衬底上以不同排列方式安装的微电极阵列，每个电极点有一根引出线，该球面弧形视网膜表面微电极阵列可以被植入视网膜，来自外部的电刺激信号通过微电极阵列作用于视网膜上视锥细胞和视杆细胞。所述的微电极阵列引出线部分是在具有生物相容性的聚氯代二甲苯(parylene)衬底上嵌入细微金属线，分别与植入视网膜的微电极阵列的相应电极点相连，其作用是将微电极阵列上的电极点引出并与外加电刺激点引入部分相连接，微电极阵列引出线部分可以为沿引出带的单层分布，也可以双层分布或多层分布，引线之间间距不小于40 μ m。所述的外加电刺激引入部分是在柔性衬底上设置金属点阵，上述金属点阵分别与微电极阵列引出线部分的微细金属线相连，外部施加的电刺激信号直接作用在外加电刺激引入部分，通过电极阵列引出部分传导到植入视网膜的微电极阵列，从而将电刺激作用到视网膜上。
[0030]如图2a、图2b及图2c所示，植入视网膜的微电极阵列包括柔性衬底4和嵌装在柔性衬底上的微电极5,柔性衬底为聚氯代二甲苯(parylene)材料制作成与视网膜弧度接近的柔性衬底，其形状为类椭圆形，将微电极设置在球面弧形的凸起面并嵌在衬底上。如图2a所示的圆边长方形的微电极阵列可以在水平方向提供较宽的视野，也可以将微电极阵列设计成圆边正方形，微电极阵列在水平方向和垂直方向具有相同的视野。从图2b、图2c所示的微电极阵列剖视图可以看出，微电极设置在球面弧形的凸起面，微电极阵列植入时，球面弧形的凸起面与视网膜内表面接触。在微电极两侧的柔性衬底上制有固定孔6，在微电极阵列植入过程中，固定孔可以起到定位点的作用；在微电极阵列植入视网膜后，以视网膜固定钉将微电极阵列固定到视网膜表面。
[0031]图3给出了球面弧形视网膜表面微电极阵列的弧度计算示意图。正常成年人眼球呈长球体，前后径平均值为24mm，垂直径平均值为23mm。假设球面弧形电极为圆边长方形，其横向长径为5mm，纵向短径为4_，则由弧度公式计算:弧度=弧长/半径，取眼球直径为24mm计算，则横向弧度为=5/12=0.4，纵向弧度:4/12=0.33。如果球面弧形电极设计为圆边正方形，则横向弧度和纵向弧度均为0.4。在制作parylene模板时,将模板制作成4mmx5mm或5x5mm，带有上述弧度的凸形，并在凸形的上面进行金属电极制作。在植入视网膜时，面弧形视网膜表面微电极阵列可以覆盖长方形(或正方形)圆边的弧面面积为4x5mm2或5x5mm2。
[0032]图4a和图4b分别给出平面电极阵列植入视网膜表面和球面弧形视网膜表面微电极阵列植入视网膜表面的对比示意图。从图4a可以看出，在长方形(或正方形)平面电极阵列植入后，电极阵列表面不能完全与视网膜表面接触，并且，微电极阵列边缘会对视网膜表面产生集中的压力，这种压力长期作用的结果，会导致视网膜视神经元损伤或凋亡，致使电刺激不能引起视神经元的响应，达不到视觉修复的效果。而从图4b可以看出，球面弧形视网膜表面微电极阵列可以与视网膜表面很好地贴合，凸面的微电极刺激点可以与视网膜表面很好接触，可以使得电刺激效率得到提高，同时圆形结构的电极阵列边缘也不会对视网膜表面形成较大的压力，可以很好地保护视网膜及其表层下面的视神经元。
[0033]需要强调的是，本实用新型所述的实施例是说明性的，而不是限定性的，因此本实用新型包括并不限于【具体实施方式】中所述的实施例，凡是由本领域技术人员根据本实用新型的技术方案得出的其他实施方式，同样属于本实用新型保护的范围。
【权利要求】
1.一种新型具有球面弧形衬底的视网膜假体，包括微电极阵列、微电极阵列引出线部分和外加电刺激引入部分，其特征在于:所述微电极阵列为球面弧形视网膜表面微电极阵列；所述的球面弧形视网膜表面微电极阵列包括与视网膜弧度接近的柔性衬底和安装在柔性衬底的球面弧形凸起面上的微电极，在微电极两侧的柔性衬底上制有固定孔；所述的柔性衬底为圆边长方形或圆边正方形。
2.根据权利要求1所述的新型具有球面弧形衬底的视网膜假体膜假体，其特征在于:所述的微电极阵列引出线部分是在柔性衬底上嵌入细微金属线，该细微金属线两端分别与微电极阵列上的微电极及外加电刺激引入部分上的金属点阵相连接。
3.根据权利要求2所述的新型具有球面弧形衬底的视网膜假体膜假体，其特征在于:所述的微电极阵列引出线部分为单层分布结构、双层分布结构或多层分布结构，所述细微金属线之间的间距不小于40 μ m。
4.根据权利要求1所述的新型具有球面弧形衬底的视网膜假体膜假体，其特征在于:所述的外加电刺激引入部分是在柔性衬底上安装金属点阵，所述的金属点阵分别与微电极阵列引出线部分的微细金属线及外部电刺激信号相连接。
5.根据权利要求1至4任一项所述的新型具有球面弧形衬底的视网膜假体膜假体，其特征在于:所述的微电极阵列、微电极阵列引出线部分和外加电刺激引入部分一体制成，整体厚度不大于20 μ m。
6.根据权利要求2至4任一项所述的新型具有球面弧形衬底的视网膜假体膜假体，其特征在于:所述的柔性衬底采用具有生物相容性的聚氯代二甲苯材料制成。
【文档编号】A61F9/08GK203815711SQ201320863443
【公开日】2014年9月10日 申请日期:2013年12月19日 优先权日:2013年12月19日
【发明者】谢小波, 崔红岩, 徐圣普, 胡勇, 冯莉 申请人:中国医学科学院生物医学工程研究所