一种可独立寻址的多通道电化学微针阵列集成方法

本技术涉及生物医学领域，特别涉及一种可独立寻址的多通道电化学微针阵列集成方法。

背景技术：

1、在现代医学应用中，对患者体内关联生理指标的动态监测是疾病诊断与治疗的基础，通过将检测电极植入病人体内的特定部位，能够追踪特定生物标志物的波动，实现对关联生理指标的动态监测。随着技术发展，植入式电极不仅能够监测并记录患者组织中的电学信号，还可以通过电信号刺激进行治疗。然而，植入式电化学电极的发展也面临一些挑战。首先，相对较长的植入式电化学电极容易触及神经，可能引发疼痛和出血，同时存在潜在的感染风险。其次，植入式电化学电极的生物相容性较弱，长期植入可能引起异体反应，导致组织纤维化和炎症，从而导致信号失真、灵敏度下降，直接影响药物递送速率与治疗效果。

2、相关技术中，基于微针阵列的多通路电化学传感阵列主要是基于生物酶传感原理，通过对微针电极的功能化实现对皮下组织液中生物标志物的检测。但这种制备方式难以在小面积上制备多通路阵列或发展多功能型电极，在修饰材料的选择、系统结构的设计与加工集成的策略方面存在诸多难题。另外，基于微针的电极表面微针结构精细，电极间距较小，有效修饰面积受到制约，导致电化学传感阵列的生物酶修饰与纳米材料功能化修饰的空间分辨率较低。并且，现有的基于微针阵列的多通路电化学传感阵列大多都是单一结构的微针阵列传感器，无法提供具体的空间信息，导致数据的稳定性和可靠性降低；同时，单一结构的传感器仅仅能提供单一参数的检测，限制了对相关生理指标的全面记录和综合分析。

技术实现思路

1、本技术旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本技术实施例提供了一种可独立寻址的多通道电化学微针阵列集成方法，通过先分离修饰再集成固定的方式制备多通道电化学微针阵列，提高多通道电化学微针阵列的空间分辨率，实现对生理指标的多模态记录，提高微针电极检测的稳定性和检测数据的可靠性。

2、第一方面，本技术实施例提供了一种可独立寻址的多通道电化学微针阵列集成方法，包括：

3、通过激光切割技术分别对不锈钢基底材料进行预处理，得到一维微针基底和二维微针基底；

4、通过激光加工的方法将所述一维微针基底加工成一维微针电极，并对加工成型的所述一维微针电极进行表面处理，得到一维微针电极元件，通过激光加工的方法将所述二维微针基底加工成二维微针电极，并对加工成型的所述二维微针电极进行表面处理，得到二维微针电极元件；

5、分别对所述一维微针电极元件和所述二维微针电极元件进行功能化修饰，并通过支撑结构将所述微针元件集成为多通道电化学微针阵列。

6、本技术上述第一方面的技术方案至少具备如下的优点或有益效果之一：通过激光切割技术分别对不锈钢基底材料进行预处理，得到一维微针基底和二维微针基底；并通过激光加工方法分别将一维微针基底和二维微针基底加工成一维微针电极和二维微针电极，分别对加工成型的一维微针电极和二维微针电极进行表面处理，得到一维微针电极元件和二维微针电极元件；分别对一维微针电极元件和二维微针电极元件进行功能化修饰，再通过支撑结构将微针元件集成为多通道电化学微针阵列。通过先分离修饰再集成固定的方式制备多通道电化学微针阵列，避免微针电极修饰工艺中相互干扰，提高多通道电化学微针阵列的空间分辨率，能够稳定采集多通路电化学检测信号，从而实现对生理指标的多模态记录，提高微针电极检测的稳定性和检测数据的可靠性。

7、根据本技术的一些实施例，所述通过激光加工的方法将所述一维微针基底加工成一维微针电极，并对加工成型的所述一维微针电极进行表面处理，得到一维微针电极元件，包括：

8、控制激光打标机以第一预设激光波长、第一预设雕刻线速度、第一功率和第一雕刻次数对一维微针基底进行预处理，得到一维微针电极；

9、将所述一维微针电极放入酸性洗涤剂中震荡处理，以除去所述一维微针电极表面的氧化层；

10、使用乙醇清洗所述一维微针电极，并将清洗后的所述一维微针电极放置于烘箱中以第一预设温度干燥；

11、对经干燥处理的所述一维微针电极进行电沉积金层处理，以金电极为阳极，将所述一维微针电极连接至电化学工作站的阴极，在金的亚硫酸盐溶液中电镀金层，得到镀金一维微针电极；

12、使用乙醇清洗所述镀金一维微针电极，并将所述镀金一维微针电极放置于烘箱中以所述第一预设温度干燥，得到一维微针电极元件。

13、根据本技术的一些实施例，在所述得到一维微针电极元件之后，还包括：

14、打印带孔的支撑结构，将定制的聚酰亚胺电极层压并图案化到所述带孔的支撑结构；

15、使用聚二甲基硅氧烷溶液制备缓冲层；

16、将所述一维微针电极元件依次插入所述聚酰亚胺电极、所述支撑结构和所述缓冲层，以对所述一维微针电极元件进行预定位。

17、根据本技术的一些实施例，所述对所述一维微针电极元件进行功能化修饰，包括：

18、将所述一维微针电极元件连接至电化学工作站的阴极，以铂片电极为阳极进行电沉积处理，将微针电极在亚硫酸铂溶液中电镀第一预设时间，得到一维微针对电极；

19、将所述一维微针电极元件均匀涂覆银/氯化银图层，并放置于烘箱中以第二预设温度干燥第二预设时间，再将所述一维微针电极元件放置于室温下风干，得到一维微针参比电极；

20、将所述一维微针电极元件进行沉积金属铂处理，再将所述一维微针电极元件浸涂不同的酶溶液并均匀提拉，得到一维微针工作电极。

21、根据本技术的一些实施例，调节所述一维微针对电极、所述一维微针参比电极、所述一维微针工作电极的方向、位置和微针长度，以使得所述一维微针对电极、所述一维微针参比电极、所述一维微针工作电极在所述支撑结构下暴露的微针长度为预设长度；

22、将金属导线连接到所述聚酰亚胺电极的焊盘上，并利用焊接在所述焊盘上的金属导线将所述一维微针对电极、所述一维微针参比电极、所述一维微针工作电极进行包裹，使用银胶涂覆并粘合所述金属导线，将所述一维微针对电极、所述一维微针参比电极、所述一维微针工作电极与聚酰亚胺电极连接；

23、在所述聚酰亚胺电极表面涂覆聚甲基丙烯酸甲酯溶液，以使所述焊盘与所述一维微针对电极、所述一维微针参比电极、所述一维微针工作电极的背面绝缘。

24、根据本技术的一些实施例，所述通过激光加工的方法将所述二维微针基底加工成二维微针电极，并对加工成型的所述二维微针电极进行表面处理，得到二维微针电极元件，包括：

25、使用乙醇清洗所述二维微针基底，并将所述二维微针基底放置于烤箱中以第一预设温度烘干；

26、使用光纤激光打标机以第二预设激光波长、第二预设雕刻线速度、第二功率和预设的循环打标次数对所述二维微针基底进行预处理，得到二维微针电极；

27、使用酸性洗涤剂对所述二维微针电极进行预处理，以去除所述二维微针电极表面的氧化层；

28、将所述二维微针电极放置于预设浓度的乙醇溶液中洗涤，并放置于第三预设温度的环境下干燥；

29、将经干燥处理的所述二维微针电极浸入亚硫酸金溶液中进行电沉积处理，得到二维微针电极元件。

30、根据本技术的一些实施例，在所述二维微针电极元件上均匀排布第一数量的微针，所述微针以第一间隔设置，所述二维微针电极元件的衬底背部连接有预设尺寸的长柄，所述长柄用于作为所述二维微针电极元件对外连接的接口。

31、根据本技术的一些实施例，所述对所述二维微针电极元件进行功能化修饰，包括：

32、将所述二维微针电极元件浸入亚硫酸铂溶液中以第一预设电压持续电镀第三预设时间，以在所述二维微针电极元件的表面电化学沉积铂层，得到二维微针对电极；

33、以所述二维微针电极元件为基底，均匀涂覆银/氯化银图层，并放置于烘箱中以第四预设温度干燥第四预设时间，得到二维微针参比电极；

34、对所述二维微针电极元件进行沉积金属铂处理，并浸涂不同的生物酶得到对应的二维微针工作电极。

35、根据本技术的一些实施例，还包括：

36、通过3d打印技术制备树脂支撑基底；

37、在所述树脂支撑基底设置与所述二维微针电极元件的尺寸对应的间隔位，得到树脂支撑结构；

38、分别将所述二维微针对电极、所述二维微针参比电极、所述二维微针工作电极嵌入所述间隔位结合并紧密层叠，以使得所述二维微针对电极、所述二维微针参比电极、所述二维微针工作电极固定集成于所述树脂支撑结构，得到可独立寻址的多通路电化学微针阵列。

39、根据本技术的一些实施例，使用聚二甲基硅氧烷溶液对所述二维微针对电极、所述二维微针参比电极和所述二维微针工作电极的背部进行涂覆，以使得所述二维微针对电极、所述二维微针参比电极和所述二维微针工作电极的电极背部导电部分封装绝缘。

40、本技术的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本技术而了解。本技术的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。