专利名称：手动组合式微电极推进器及制作方法
技术领域：
本发明涉及一种手动组合式微电极推进器及制作方法，尤其是一种适用于但不限于自由状态下啮齿类与鸟类动物的微电极推进的脑研究装置。
背景技术：
利用微电极记录试验动物(如啮齿类和鸟类)的脑神经活动是研究行为的神经基础、学习与记忆的神经机制等高级神经活动常用技术。在记录过程中，特别是慢性记录过程中，记录神经电活动通常采用微推进器将记录电极插入试验动物的脑区目标位置。专禾Ij Hybrid Multichannel Printed Circuit Board Microdrive (US20090105776)提供的微推装置包括印制电路板基地、不锈钢导管、电极、螺杆机构。其中，印制电路板是电子与机械部件的基底。该专利方案是利用四套螺杆机构通过滑块独立推进记录电极。专利Multi-electrode Microdrive Array(US7769421)提供的装置包括圆形底座、滑道、手动调节的螺杆机构、14套同样的导管、毛细包裹的电极。通过螺杆机构调节与包裹一组电极的毛细管连接一起的滑块，在倾斜30°的滑道内沿着导管进动。该专利方案优点是应用兼具刚度与韧性的毛细管包裹电极使电极在滑块推动下沿着滑道做的一致进动， 该专利的方案适宜高度柔韧性的电极。专利“一种手动微电极推进器”(公开号CN201157420)提供了一种手动微电极推进器，该装置包括基座、推进杆、旋转环、滑块，随着旋转环带动螺杆旋转，滑块在滑道内垂直方向移动，滑块悬空端开有滑道，滑道内的电极塞可以通过旋钮调整水平位置。该手动推进器整体结构大，只能用于单电极的记录与刺激试验，适用于猴子和猫等大动物。专利“微电极推进装置及其方法”(公开号CN101999897A)提供的装置包括垫片、 箱体、螺母、螺钉、滑块和底板。箱体滑道内置滑块，微电极固定在滑块的阶梯槽上的阵列板，滑块随螺钉的旋转上下移动。该专利的方案适用于自由活动的大壁虎的脑内微电极推进。论文“Miniature Motorized Microdrive and Commutator System for Chronic Neural Recording in Small Animals”(J Neurosci Meth，2001，112 :83-94)提供的装置包括带螺纹的滑块、直流电机、电机安装板、底座、丝杠、导管束。该方案是一种计算机遥控的高精度推进系统，能够独立调节三组电极推进，推进精度达1微米，整个装置质量仅为 1.5g，造价昂贵。论文"A Semi-Chronic Motorized Microdrive and Control Algorithm for Autonomously Isolating and Maintaining Optimal Extracellular Action Potentials" (J Neurophysiol, 2005,93 :570-579)提供的装置包括导管、标准腔、腔转接器、定位旋钮、电机装配帽、位置传感器、压电/电致伸缩直线电机组成。该文介绍了一种自动隔离与维持良好胞外记录的控制算法，以便通过直线电机自动推进四组独立的记录电极。
上述能够遥控或自动推进的微推进器精度高，应用效果好，然而造价昂贵，难以普遍使用；而上述手动推进的装置往往结构复杂或体积与质量较大、重复利用率低，在动物头部固定时形成的创伤面也较大，对动物的自由行动影响较大，另外现有的微推进器难以组合使用而实现微电极以不同深度插入动物脑区。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服现有技术中之不足，提供一种结构简单轻巧、可重复使用、微电极适用性高的手动组合式微电极推进器以及该微电极推进器的制作方法。本发明解决其技术问题所采用的技术方案是一种手动组合式微电极推进器，用于啮齿类和鸟类动物自由活动下的生物电信号采集和刺激，包括由两半圆柱壳体合围而成的柱状外壳、与外壳上端连接的上紧合帽、与外壳下端连接并可固定在试验动物颅骨上的下紧合帽，外壳内设有电极夹持器，植入试验动物颅骨的微电极固定在电极夹持器上并伸出外壳下端，用于推进电极夹持器移动的螺杆从外壳上端伸进外壳内与电极夹持器点接触，电极夹持器与外壳下端内侧面之间设有螺旋弹簧，微电极上连接有电极引线。具体说，所述的电极夹持器为阶梯状圆柱体，其大端端面具有凸起的半球体，螺杆具有与所述半球体点接触的半球形头部，螺旋弹簧一端套装在电极夹持器的小端上，另一端与外壳下端内侧面接触，电极夹持器上开有供微电极插入固定的通孔。所述的外壳上端卡设有与螺杆螺纹连接的螺母，电极引线从外壳上端侧面穿入外壳内与微电极连接。所述的上紧合帽与外壳上端螺纹连接，下紧合帽与外壳下端螺纹连接。上述手动组合式微电极推进器的制作方法，具有如下步骤a、准备相关的工具和材料模具硅胶、硅胶催化剂、精雕油泥、快速成型树脂及刀具；b、采用设计软件设计出符合试验要求的模型并确定好尺寸；C、采用雕刻机或手工方式将精雕油泥制作成外壳、电极夹持器、上紧合帽、和下紧合帽的模型；d、使用加入硅胶催化剂的模具硅胶和制作好的外壳、电极夹持器、上紧合帽和下紧合帽模型，制作硅胶模具；e、将快速成型树脂灌入硅胶模具，等待凝固后分类取出上述零件；f、将电极夹持器、螺母、螺杆、螺旋弹簧、微电极及电极引线装入外壳中，在外壳上、下两端拧上上紧合帽和下紧合帽，组成完整的微电极推进器。本发明的有益效果是本发明结构简单轻巧，每次使用仅消耗一个下紧合帽，其他主要零部件可重复使用，既可适用于推进柔韧性低的电极(如碳纤维、硅、硬金属制作的电极)，也适用于推进柔韧性高的电极(如微丝电极)，结构上采用螺旋弹簧构成可上下移动的直推式推进器，其固定位置与微电极位置重叠，试验时微推固定于动物头部时形成的创伤面较小，采用树脂为主要材料，重量仅为3g左右，因而可以降低微推固定于动物头部所造成的不舒适感，对自由活动的动物影响小，此外，该微推进器还可以多个组合使用，螺杆与微电极处于同一轴线，使推进器可以粘接组合使用形成多推进器异步推进不同微电极 (束)，变成适用于多点记录的微电极异步推进器，实现微电极以不同深度插入动物脑区。
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。图1是本发明的结构示意图。
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图中1.外壳2.上紧合帽3.下紧合帽4.电极夹持器41.半球体5.微电极6.螺杆7螺旋弹簧8.电极引线9.螺母
具体实施例方式现在结合附图和优选实施例对本发明作进一步的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。如图1所示的一种手动组合式微电极推进器，用于啮齿类和鸟类动物自由活动下的生物电信号采集和刺激，包括由两半圆柱壳体合围而成的柱状外壳1，外壳1上端和下端分别具有外螺纹，设在外壳1上端的上紧合帽2和外壳1下端的下紧合帽3分别具有内螺纹，上紧合帽2与外壳1上端、下紧合帽3与外壳2下端通过内外螺纹连接，下紧合帽3在试验时通过粘合剂固定在试验动物的颅骨上；在外壳1内设有电极夹持器4，电极夹持器4 上开有通孔，植入试验动物颅骨的微电极5穿设在所述的通孔内固定并伸出外壳1下端，同时可利用该通孔可以调整微电极5的位置，以更好满足试验要求，外壳1上端开有卡槽，卡槽内卡设有螺母9，用于推进电极夹持器4移动的螺杆6与螺母9螺纹连接后从外壳1上端伸进外壳1内与电极夹持器4接触，微电极5上连接有电极引线8，该电极引线8从外壳1 上端侧面开设的引线孔中穿入外壳1内与微电极5连接。所述的电极夹持器4为阶梯状圆柱体，其大端端面具有凸起的半球体41，螺杆6 具有与所述半球体41接触的半球形头部，由此螺杆6头部与电极夹持器4大端端面凸起的半球体41形成了点接触结构，可以减少螺杆6推进时与电极夹持器4大端端面之间的摩擦力，同时消除螺杆6旋转时引起的电极夹持器4的同步旋转，确保微电极5推进精度的准确，电极夹持器4与外壳1下端内侧面之间设有螺旋弹簧7，螺旋弹簧7 —端套装在电极夹持器4的小端上，另一端与外壳1下端内侧面接触，螺旋弹簧7用于增加螺杆6推进时的阻尼力，在试验完毕螺杆6回退时，螺旋弹簧7产生的回弹力可使电极夹持器4贴紧螺杆6同时回退到原始位置。上述手动组合式微电极推进器的制造方法，具有如下步骤a、准备相关的工具和材料模具硅胶、硅胶催化剂、精雕油泥、快速成型树脂及刀具；b、采用设计软件设计出符合试验要求的模型并确定好尺寸；C、采用雕刻机或手工方式将精雕油泥制作成外壳1、电极夹持器4、上紧合帽2、和下紧合帽3的模型；d、使用加入硅胶催化剂的模具硅胶和制作好的外壳1、电极夹持器4、上紧合帽2和下紧合帽3模型，制作硅胶模具；e、将快速成型树脂灌入硅胶模具，等待凝固后分类取出上述零件；f、将电极夹持器4、螺母9、螺杆6、螺旋弹簧 7、微电极5及电极引线8装入外壳1中，在外壳1上、下两端拧上上紧合帽2和下紧合帽3， 组成完整的微电极推进器。装配时，首先将微电极5 —端穿进电极夹持器4上的通孔中固定，并连接好电极引线8，将电极引线8通过引线孔引出外壳1外部，然后将螺母9放入卡槽内，并将螺杆6与螺母9连接好，把螺旋弹簧7安装在电极夹持器4的小端和外壳1下端内侧面之间，外壳1两端分别拧上上紧合帽2和下紧合帽3，微电极推进器组装完毕。组装好的微电极推进器可对啮齿类和鸟类动物自由活动下的生物电信号进行采集和刺激试验。试验时，将试验动物(如大鼠)麻醉后固定于定位仪上，通过图谱确定微电极的植入位置，剥离大鼠的头皮，暴露出颅骨，清洗并干燥后，打合适的孔洞或剥离颅骨，将下紧合帽3通过粘合剂(如牙科水泥)固定在试验动物颅骨上，以便固定整个微电极推进器，然后对暴露的动物皮肤和颅骨消毒，缝合头皮，待手术恢复后继续相关试验。试验完毕后可拆卸除下紧合帽3外的微电极推进器并清洗消毒保存，以备下次使用。本发明既可适用于推进柔韧性低的微电极5 (如碳纤维、硅、硬金属制作的电极)， 也适用于推进柔韧性高的微电极5 (如微丝电极)，试验一次仅消耗一个下紧合帽3，其他主要零部件可重复使用，采用螺旋弹簧7构成可上下移动的直推式推进器，其固定位置与微电极位置重叠，试验时微推固定于动物头部时的创伤面较小，以树脂为主要材料，重量仅为 3g左右，因而可以降低固定于动物头部的微推所造成的不舒适感，对自由活动的动物影响小，此外，该微推进器还可以多个组合使用，变成适用于多点记录的微电极(束)异步推进器，实现微电极以不同深度插入动物脑区。上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并加以实施，并不能以此限制本发明的保护范围，凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。
权利要求
1.一种手动组合式微电极推进器，用于啮齿类和鸟类动物自由活动下的生物电信号采集和刺激，包括由两半圆柱壳体合围而成的柱状外壳(1)、与外壳(1)上端连接的上紧合帽 O)、与外壳(1)下端连接并可固定在试验动物颅骨上的下紧合帽(3)，其特征是外壳(1) 内设有电极夹持器，植入试验动物颅骨的微电极( 固定在电极夹持器(4)上并伸出外壳(1)下端，用于推进电极夹持器(4)移动的螺杆(6)从外壳(1)上端伸进外壳(1)内与电极夹持器⑷点接触，电极夹持器⑷与外壳⑴下端内侧面之间设有螺旋弹簧(7)，微电极(5)上连接有电极引线(S)0
2.根据权利要求1所述的手动组合式微电极推进器，其特征是所述的电极夹持器(4) 为阶梯状圆柱体，其大端端面具有凸起的半球体(41)，螺杆(6)具有与所述半球体点接触的半球形头部，螺旋弹簧(7) —端套装在电极夹持器(4)的小端上，另一端与外壳(1)下端内侧面接触，电极夹持器(4)上开有供微电极( 插入固定的通孔。
3.根据权利要求1所述的手动组合式微电极推进器，其特征是所述的外壳(1)上端卡设有与螺杆(6)螺纹连接的螺母(9)，电极引线(8)从外壳(1)上端侧面穿入外壳(1)内与微电极(5)连接。
4.根据权利要求1所述的手动组合式微电极推进器，其特征是所述的上紧合帽(2) 与外壳(1)上端螺纹连接，下紧合帽( 与外壳(1)下端螺纹连接。
5.一种制作权利要求1所述手动组合式微电极推进器的方法，其特征是具有如下步骤a、准备相关的工具和材料模具硅胶、硅胶催化剂、精雕油泥、快速成型树脂及刀具；b、 采用设计软件设计出符合试验要求的模型并确定好尺寸；c、采用雕刻机或手工方式将精雕油泥制作成外壳(1)、电极夹持器G)、上紧合帽( 和下紧合帽C3)的模型；d、使用加入硅胶催化剂的模具硅胶和制作好的外壳(1)、电极夹持器G)、上紧合帽( 和下紧合帽(3) 模型，制作硅胶模具；e、将快速成型树脂灌入硅胶模具，等待凝固后分类取出上述零件；f、 将电极夹持器、螺母(9)、螺杆(6)、螺旋弹簧(7)、微电极( 及电极引线(8)装入外壳 (1)中，在外壳(1)上、下两端拧上上紧合帽( 和下紧合帽(3)，组成完整的微推进器。
全文摘要
本发明公开了一种手动组合式微电极推进器及制作方法，用于啮齿类和鸟类动物自由活动下的生物电信号采集和刺激，包括柱状外壳、与外壳上端连接的上紧合帽、与外壳下端连接的下紧合帽，外壳内设有电极夹持器，微电极固定在电极夹持器上并伸出外壳下端，用于推进电极夹持器移动的螺杆从外壳上端伸进外壳内与电极夹持器点接触，电极夹持器与外壳下端内侧面之间设有螺旋弹簧，微电极上连接有电极引线。本发明结构简单轻巧，制作方便，采用树脂为主要材料，重量仅为3g左右，每次使用仅消耗一个下紧合帽，其他主要零部件可重复使用，既可适用于推进低柔韧性电极，也适用于推进高柔韧性电极，此外，该微推进器还可组合成多点记录的微电极异步推进器。
文档编号B81B3/00GK102334988SQ20111021341
公开日2012年2月1日 申请日期2011年7月28日 优先权日2011年7月28日
发明者刘小峰, 郭峰 申请人:河海大学常州校区