一种植入式多功能脑监测器件及其制备方法

本发明提供一种植入式多功能脑监测器件及其制备方法，属于除颅内压监测装置。

背景技术：

1、颅内压(intracranial pressure,icp)是一项重要的医学指标,指的是颅腔中的脑脊液等内容物对颅腔内壁的压力，其包括脑脊液静态压与脑血管动态压两部分。颅内压的异常增高是颅脑损伤、脑肿瘤、脑积血等多种脑部疾病的共同症状，颅内压力持续高于200mmhg可能会导致脑疝、脑位移甚至是脑死亡等严重病症。因此对颅内压的持续稳定监测对于慢性脑部疾病患者具有重要意义。

2、除颅内压监测外，脑电信号的持续监测同样对于颅脑损伤等多种脑部疾病的辅助诊断与治疗具有重要帮助。因此，本专利提出了一种集成了颅内压监测与脑电监测功能的可降解植入式监测器件。该器件由颅内压检测单元、脑电监测单元与无线信号传输单元构成，可实现多种信号的集成监测与体外无线信号传输。岂可在监测任务完成后在生物体内自行降解成对人体无害的小分子材料，避免了通过手术再次取出的必要。

3、传统的脑电极并不具备颅内压监测功能，其功能较为单一，在脑部疾病的监测与预报上具有较大的局限性。要实现颅内压监测必须另外植入颅内压监测器件，又会增加植入器件的数量，增大使用成本，且会对患者造成额外损伤。本发明提出了一种集成了脑电监测与颅内压监测的多功能植入式监测器件，在单个传感器件上集成了两种监测功能。

4、传统的植入式监测器件通常为刚性器件，采用刚性的硅基材料作为衬底，其弹性模量与柔软的脑组织之间存在较大差别。将传统植入器件长期安装在大脑皮层表面时，一方面可能会由于监测电极与大脑皮层贴合不紧密而导致测量电位出现误差，另一方面可能会引起脑部的组织炎症，甚至是不可逆的机械性脑损伤。本发明提出了一种柔性植入式监测器件，其采用了具有良好柔性与可延展性的基底材料，可以实现与大脑皮层复杂曲面的共形贴附，在优化了监测效果的同时避免了对脑组织产生压迫而引发局部损伤。

5、传统的植入式监测器件通常采用不可降解材料进行制备，在开颅手术将监测器件植入颅腔后，当器件完成监测任务时，还需要进行二次开颅将器件取出体内，极大地加重了患者的痛苦，且会对患者身体造成二次损伤。本发明提出了一种生物友好且体内可降解的植入式监测器件，其可在体内完成监测任务后自行降解成对人体无害且可吸收的小分子材料，避免了再次进行开颅手术取出器件。

技术实现思路

1、基于上述提到的现有技术中存在的问题，本发明提供一种植入式多功能脑监测器件及其制备方法，基于微纳米加工技术与微机电系统(micro-electro-mechanical-system,mems)工艺，通过结构优化设计与材料选取，开发出集成了脑电信号采集单元与颅内压传感单元的可降解微型脑内信号采集器件，实现了器件微创植入。

2、具体技术方案为：

3、一种植入式多功能脑监测器件，自上到下依次包括上封装层、两层压力敏感薄膜、第一绝缘层、磁感线圈结构、第二绝缘层、电极导通层和下封装层；两层压力敏感薄膜之间为多层电极结构；

4、微电极阵列穿过下封装层与电极导通层连接。

5、双层压力敏感薄膜与电极导通层组成压力敏感结构，用于采集颅内压信号；磁感线圈结构由fe/zn图案化，用于向体外上位机系统传输采集到的信号；微电极阵列具有6个测量位点，用于采集脑电信号。

6、第一绝缘层位于两层压力敏感薄膜、磁感线圈结构、之间，第二绝缘层位于磁感线圈结构、电极导通层之间，用于避免不同器件层之间发生短路，并具有连接通孔。

7、微电极阵列与压力敏感结构电路通过绝缘层上的连接通孔与磁感线圈结构电路连接，用于将所测信号传导至磁感线圈结构进行信号传输。下封装层上具有预留的通孔结构，其与微电极阵列测量点位相配合，使点位暴露在器件外，从而与大脑皮层表面相接触。

8、一种植入式多功能脑监测器件的制备方法，包括：

9、压力敏感薄膜制备：plla(左旋聚乳酸)是一种具有良好力学性能的生物可降解材料，在经过改性处理后其可具有一定的压电特性其可在外力作用下生成相应大小的电流，从而可以将压力大小转化为电信号。而pedot(聚3,4-乙烯二氧噻吩)材料则是一种具有良好生物相容性与可降解特性的导电聚合物，可用于改善plla薄膜的导电特性。将plla材料溶解于三氯甲烷中，加入已干燥研磨的pedot纳米颗粒并均匀散开。采用丙酮试剂将硅玻璃晶片清洗干净并干燥，在结晶的玻璃晶片上将混合溶液进行自旋涂敷60s，随后将样品置入真空干燥箱中以30℃干燥一周，采用激光切割机对薄膜进行分割划片，最后将薄膜从玻璃晶片上玻璃出来，得到厚度为60μm，尺寸为20.8mm×7.25mm，具有良好导电特性与拉伸性能的plla/pedot复合薄膜。为了进一步改善薄膜压电特性，需要对复合薄膜内聚合物链的排列取向进行调整，使聚合物链重定向至相同方向。采用原位拉伸试验台，以1mm/h的速度对复合薄膜进行拉伸处理，当拉伸比达到5时停止加载并取下薄膜，即可得到具有压力感知特性的敏感薄膜结构。

10、为了进一步提升压力敏感结构的灵敏度，采用了双层压敏薄膜结构以放大压感电信号，并在压力敏感薄膜上制备了多层电极结构用于电信号传输。采用磁控溅射法，以ti金属为靶材，在3×10-3pa的氩气氛围中，在上述复合压力敏感薄膜表面沉积上一层厚度为50nm的ti金属层作为过渡，以提升高分子薄膜与金属电极之间的结合力。在ti金属层上，采用类似方法沉积一层厚度为150nm的mo金属薄膜，作为电极的导通层。mo金属具有良好的导电性和生物相容性，在体液中与水和氧气反应生成对人体无害的钼酸，因而可以在体内被自然降解。

11、绝缘层制备：采用具有良好的柔性与可降解性的plga(聚乳酸-羟基乙酸共聚物)作为不同功能层之间的绝缘层与外部封装层材料，以避免电路接触而造成短路。将plga颗粒溶解到二恶烷试剂中并均匀散开，在洁净的硅玻璃晶片上将上述溶液进行自旋涂覆，并将所得样品在常温下干燥48小时，最后进行分割划片，即可得到厚度为20μm的plga薄片。采用掩膜加工与选择性等离子干刻蚀方法，在plga薄片上制备通孔，用于器件层之间的电路导通连接。采用选择性等离子干刻蚀方法。

12、磁感线圈结构制备：锌具有良好的生物相容性。由于纯锌在生物体中降解速度较为缓慢，因此采用在锌电极表面电镀一层铁的方式提升其降解速度。在所述第一绝缘层表面旋涂上一层光刻胶，依次进行曝光、显影、等离子体刻蚀、得到带有线圈缺口的模具样片。在浓度为0.8％的氟化氢溶液中，通过电镀方式在模具样片表面电镀上厚度为150nm的fe/zn双层电极结构，并在丙酮溶液中去除多余的光刻胶，洗净烘干，即可得到完整的柔性图案化磁感线圈电路结构。所制备线圈的外圈直径为5.94mm，总共圈数为5圈。

13、微电极阵列制备：采用mo金属作为测量电极阵列与连接电极材料，并通过两次磁控溅射法进行分别制备。首先对第二绝缘层表面进行旋涂光刻胶、采用留有电极点位的掩模版进行曝光、显影与离子刻蚀，采用磁控溅射法在绝缘层表面沉积一层厚度为50μm的mo金属薄膜，并去除多余的光刻胶，得到六个直径为200μm的独立测量电极位点。对所得结构进行采用与上述流程相类似的处理，并采用留有图案化电极的掩模版进行光刻显影与刻蚀加工，采用离子溅射法沉积一层厚度为200nm的mo金属薄膜，并去除多余光刻胶，即可得到完整的脑电测量电极结构。

14、器件组装：将上述结构与封装层按顺序插入fpc连接器中，以120℃在氩气氛围中进行热压固化，并保压6小时，即可得到完整的监测器件结构。

15、本发明提出了一种植入式可降解的脑监测器件。该器件具有良好的柔性与可拉伸性能，可以与人体大脑皮层表面实现共形贴附，而不会对脑组织造成局部压迫。该器件集成了颅内压与脑电信号监测功能，并且可通过磁感线圈结构将所测信号以无线传输方式传递到上位机进行分析记录。该器件具有生物可降解特性，在人体完成监测周期后可自行降解为对人体无害的小分子材料，无需通过开颅手术取出。