再生型神经电极及其制备方法和用途

本发明涉及一种再生型神经电极及其制备方法和用途，属于医用材料领域。

背景技术：

1、外周神经损伤或者肢体丧失而导致神经支配区域功能丧失会严重影响人体日常生活活动，并且可能显著降低患者的生活质量。在因截肢或先天性不足而失去肢体后，使用美容假肢可以帮助患者减缓对身体缺失部位的心理困扰，改善患者自身的形象。然而，使用这种假肢无法帮助患者恢复运动与感觉功能。因此，理想的假肢是(1)外观与美容假肢一样；(2)可以由患者自己控制；(3)允许进行多个自由度的运动；(4)可以与患者进行信息交互，读取患者神经信号并对患者反馈感觉信息。为了能够对假肢进行自然的控制，周围神经系统(pns)与假肢之间需要一个传递信息的接口，即外周神经电极。

2、放置在切断的神经近端的电极可以记录来自中枢神经系统(cns)传输的命令，并将这些脉冲信号解码转换为假肢可以识别的信号，以此控制假肢活动。并且对于截肢患者，由于神经截断处会在附近组织上形成近端神经瘤，神经会表现出兴奋性增加，从而导致不必要的并发症，例如反射亢进、痛觉过敏以及过度疼痛。因此，将神经末端与电极相连，实现对假肢的控制，也可以极大地减少患者的痛苦。

3、目前研究人员已经针对pns接口开发了多种不同类型的电极，以此来记录来自于不同生物医学应用的电生理活动。大多数外周神经电极被植入在外周神经的周围或者内部，以此降低组织带来的阻抗，从而增加信号记录的信噪比。神经电极根据对神经的侵入性可以分为三大类：束外电极，束内电极，再生型电极。

4、随着植入物侵入性的增加，可以达到更高的对单个神经的选择性，从而缩短与单个神经的距离，这对高质量信号记录有着积极影响。然而，高的界面选择性是有代价的，电极的侵入性越大，对神经的潜在损伤越容易发生。其中，束外电极在植入后会同时与神经束中的许多轴突相接触，导致选择性变差，但是对神经的损伤却很小；束内电极可以连接神经束内的离散化的神经轴突，达到非常高的选择性，但是对神经损伤的风险很高。

5、再生电极代表了一种完全不同的外周神经界面接触方式，这一类电极通常是植入在截断神经上，让神经通过其内部生长，使得神经纤维与内部的信号记录点位形成接触。相较于前面介绍的几种类型的电极，理想的再生神经电极可能会具有最高的空间分辨率(神经纤维选择性)以及信号记录的长期稳定性。由于该类电极需要植入在截断神经上，因此十分适合与神经假肢相整合，应用在截肢患者的截断神经残端。

6、目前的再生型神经电极主要有两种结构，一种是筛网结构，一种是微通道结构。筛网电极由平面构成，平面结构中具有密集的小孔，其中部分或全部小孔由金属电极包围。横断神经的近端与远端都靠在筛子上，外部由一个高分子管提供力学支撑，以便轴突通过筛孔生长，重新实现两端的连接。

7、筛网电极设计时需要考虑的主要因素是孔隙率，即孔的总面积与平面总面积的比值。较高的孔隙率可以实现更大的轴突生长，但是会减小机械强度。孔径尺寸会影响电极信号记录的选择性以及神经与电极记录位点之间形成界面的速度。孔径越大，神经再生速度越快，但是电极信号记录的选择性也会越低。

8、微通道电极的设计可以认为是将筛网电极沿着纵向拉伸后的结果，即在管中有很多微小的孔洞，因此轴突是沿着管中的微小孔洞生长。微通道电极具有与cuff电极相似的优点，即实现了神经外部的绝缘包围，不同的是，微通道电极内部的电极记录位点更小，可以接触到更小的神经纤维束，在信号记录选择性上大大提高。并且可以在单个通道内部设置多个信号记录位点，以此提高噪声抑制以及信号选择性的能力。但是，微通道电极也有其相应的缺点，比如形态与神经形态相差较大，而且由于其结构刚性较大，与神经机械性能不匹配，引发炎症反应等。

9、目前神经假体的主要受众是有肢体残疾的病人，并且其中大多数已经进行了截肢手术，在其截肢的末端会有神经残端停留。但现有的再生型神经电极虽然可以提高神经离散化程度，在神经内部记录到更为精确的神经纤维信号，但是同样带来的问题是对神经组织侵入性过强，会引发较为严重的炎症反应与排异反应。

10、因此，研究一种在神经残端使用的再生型神经电极，不仅可以显著提高神经离散化程度，而且不会对神经造成二次伤害，成为亟待解决的技术问题。

技术实现思路

1、发明要解决的问题

2、鉴于现有技术中存在的技术问题，本发明首先提供一种再生型神经电极。本发明的再生型神经电极具有优异的降解性能、且再生型神经电极的阻抗低，电极显示出良好的稳定性。本发明的再生型神经电极能够记录到的细胞信号，可以显著促进神经组织离散化，在组织结构上具备提高记录神经信号精度的基础。本发明的再生型神经电极具有更快的再生能力。

3、进一步地，本发明还提供一种再生型神经电极的制备方法，该制备方法简单易行，原料易于获取，适合大批量生产。

4、用于解决问题的方案

5、[1]、一种再生型神经电极，其中，所述再生型神经电极包括：

6、基层，

7、定向结构层，所述定向结构层粘附在所述基层的表面，且所述定向结构层由纤维丝交织而成；以及

8、金属薄膜电极，所述金属薄膜电极利用金属粘附层形成于所述定向结构层的与所述基层相背离的一面；

9、优选地，所述再生型神经电极能够至少部分卷曲以形成卷曲结构。

10、[2]、根据上述[1]所述的再生型神经电极，其中，所述金属薄膜电极的一部分向神经生长的方向延伸且与所述定向结构层的取向相平行；所述金属薄膜电极的另一部分向垂直于神经生长的方向延伸且与所述定向结构层的取向相垂直。

11、[3]、根据上述[1]或[2]所述的再生型神经电极，其中，所述基层源自于可降解的聚乳酸类共聚物；优选地，所述基层的材料包括聚乳酸-聚三亚甲基碳酸酯共聚物。

12、[4]、根据上述[1]-[3]任一项所述的再生型神经电极，其中，所述定向结构层源自于可降解的高分子材料；优选地，所述定向结构层的材料包括聚己内酯。

13、[5]、根据上述[1]-[4]任一项所述的再生型神经电极，其中，所述金属薄膜电极源自于贵金属材料，优选为金、银、铂中的一种或两种以上的组合。

14、[6]、根据上述[1]-[5]任一项所述的再生型神经电极，其中，所述金属粘附层源自于具有粘附性的金属材料；优选地，所述金属粘附层的材料包括金属钛和/或金属铬。

15、[7]、根据上述[1]-[6]任一项所述的再生型神经电极，其中，所述基层的厚度为100μm～300μm；和/或

16、所述定向结构层的厚度为20～40μm；和/或

17、所述金属粘附层的厚度为1～20nm；和/或

18、所述金属薄膜电极的厚度为50～300nm。

19、[8]、一种根据上述[1]-[7]任一项所述的再生型神经电极的制备方法，其包括将基层、定向结构层以及金属薄膜电极复合成型的步骤。

20、[9]、根据上述[8]所述的制备方法，其中，所述制备方法包括以下步骤：

21、在所述基层的一面，利用静电纺丝技术制备所述定向结构层；

22、通过磁控溅射技术，在所述定向结构层的与所述基层相背离的一面设置金属粘附层，并在所述金属粘附层上设置金属薄膜电极；

23、优选地，所述再生型神经电极能够至少部分卷曲以形成卷曲结构。

24、[10]、一种根据上述[1]-[7]任一项所述的再生型神经电极在制备神经修复制品中的用途。

25、发明的效果

26、本发明的再生型神经电极具有优异的降解性能、且再生型神经电极的阻抗低，电极显示出良好的稳定性。

27、本发明的再生型神经电极能够记录到的细胞信号，可以显著促进神经组织离散化，在组织结构上具备提高记录神经信号精度的基础。

28、本发明的再生型神经电极具有更快的再生能力。

29、进一步地，本发明的再生型神经电极的制备方法简单易行，原料易于获取，适合大批量生产。