【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及生物醫電，具體為一種基于水溶性掩膜成型的可延展碳基神經電極及其制備方法。
技術介紹
1、近年來，全球神經系統疾病患者人數逐年增加，腦機接口神經電極作為治療神經系統疾病的有效治療方案，引起了人們的廣泛關注。相比于非植入式腦電帽等傳統的腦機接口器件，植入式柔性腦皮層電極不僅信號采集和電刺激效率更高，而且易于與大腦皮層緊密貼附，實現微創植入，以調控神經活動，治療癲癇、帕金森病、阿爾茨海默病和慢性疼痛等神經系統相關疾病。
2、目前，傳統的植入式柔性腦皮層神經電極多基于微機電系統(mems)工藝，由沉積在薄膜聚合物(如聚對二甲苯、聚二甲基硅氧烷和聚酰亞胺)上的貴金屬導電通道組成。mems工藝流程復雜，制備柔性腦皮層神經電極不僅需要光刻、薄膜沉積、摻雜和刻蝕等一系列工藝流程，而且往往需要多次流片以修正結構設計和工藝參數，直到測試成功。mems工藝流程延長了神經電極的產品化周期，使其成本難以控制。相比于貴金屬材料，碳材料在電化學穩定性和耐腐蝕性方面更具優勢，其表面積大，具有優異的電氣和機械性能，可顯著提高電荷注入能力并降低界面阻抗，并能支持神經細胞粘附，非常適合神經電極應用。因此，開發一種快速簡潔、成本可控、參數可調的碳基神經電極工藝方法具有重要意義。
3、美國加州大學圣地亞哥分校duygu?kuzum等人在nature?nanotechnology,2024,19(4):504-513撰文“high-density?transparent?graphene?arrays?for?predictingce
4、俄羅斯圣彼得堡國立大學p.e.musienko等人在composites?part?b:engineering,2022,247:110286撰文“pdms-cnt?composite?for?soft?bioelectronicneuronal?implants”(用于軟生物電子神經元植入物的pdms-cnt復合材料)，使用了精密的鑄造金屬模具，將碳納米管(cnt)摻雜于聚二甲基硅氧烷(pdms)中制造了pdms-cnt復合材料，研發了一種可拉伸碳基神經電極制造技術，所制備的神經電極具有生物相容性高、長期穩定性好、抗拉強度大和電荷存儲容量高等優勢。然而，該制造工藝需要高精度加工金屬模具，往往基于昂貴的皮秒/飛秒激光器，而且，單摻雜碳納米管的導電漿料阻抗較高，不適合作為神經電極導線。
5、cn108904972a公開了一種基于碳納米管線的植入式神經電極，該神經電極尺寸小，具有柔性結構，且與神經元緊密接觸，能夠降低對神經組織造成的機械損傷，有利于實現長期穩定的體內植入。然而該植入式神經電極雖具有很低抗彎曲模量，但其抗拉伸模量很高，長期在體植入時容易變形斷裂失效。
6、cn108577827a公開了一種海藻酸凝膠(al)、多壁碳納米管(cnt)、導電聚合物(cp)的神經電極及其制備方法。該神經電極兼具海藻酸凝膠(al)的柔性與導電聚合物(cp)的導電性，同時生物相容性良好。然而該神經微絲電極通過電沉積的方法涂覆al/cnt/cp涂層，一致性較差，涂層與基底結合容易出現分層脫落現象，且海藻酸凝膠(al)會導致該神經電極長期植入穩定性不足。
7、us8593052b1公開了一種改性碳納米管電極界面方法，通過羧化碳納米管、酰基氯化羧化的碳納米管、以氯原子取代羧基官能團的羥基官能團三個階段改性神經元-電極界面，提高了神經信號測量質量。然而該神經電極基于硬質化的硅基底，植入創傷比較大，將引起被試動物較大的免疫排異反應，無法實現完全在體植入。
8、通過對上述現有技術分析可以看出，目前已經公開的電極和導線全碳基神經電極存在導線阻抗較大、制備工藝復雜、易分層失效以及柔韌性不足等問題，缺少能夠低成本快速制備柔軟可拉伸、無分層失效現象且阻抗較低的電極與導線全碳基神經電極方法。
技術實現思路
1、針對現有技術存在的問題，本專利技術提出一種基于水溶性掩膜成型的可延展碳基神經電極及其制備方法，該神經電極對于調控神經活動、治療癲癇、抑郁癥和帕金森等神經系統相關疾病，具有非常重要的實用價值和創新意義，可有效解決目前同類型神經電極工藝流程復雜、成本高、易分層失效、電刺激效果不佳和無法長期穩定植入的問題。
2、本專利技術的技術方案為：
3、本專利技術提出的一種基于水溶性掩膜成型的可延展碳基神經電極制備方法，包括以下步驟：
4、步驟1：在襯底層表面旋涂柔性材料，固化后得到基底層；
5、步驟2：將熱壓平整后的水溶性掩模平整粘附于基底層表面并激光圖案化，然后在水溶性掩模上刮涂碳基導電漿料并烘干使碳基導電漿料固化，得到導電通道；
6、所述碳基導電漿料通過將碳納米管摻混于柔性材料溶劑中得到，所述柔性材料溶劑與步驟1中的柔性材料相同；所述碳納米管由管長為30～50微米的高長徑比碳納米管和管長為1～10微米的低長徑比碳納米管按照質量比4:1～4:3的比例混合得到；
7、步驟3：去除水溶性掩模并將器件烘干；
8、步驟4：在步驟3得到的器件上旋涂與步驟1相同的柔性材料，固化后作為封裝層；在封裝層上，通過激光對封裝層定位定深開孔，暴露出導電通道，形成開孔電極點和焊盤，并激光切割碳基神經電極輪廓，得到碳基神經電極；
9、步驟5：將碳基神經電極從襯底層表面剝離釋放，最終得到可延展碳基神經電極。
10、進一步的，步驟2中，在對水溶性掩模進行激光圖案化時，在電極點和焊盤圖樣處增大激光功率，完全貫穿基底層，并貫穿部分襯底層；然后在水溶性掩模上刮涂碳基導電漿料并烘干使碳基導電漿料固化，得到導電通道；
11、并且步驟4中，在步驟3得到的器件上旋涂與步驟1相同的柔性材料，固化后作為封裝層后，無需在封裝層上開孔暴露導電通道，即得到碳基神經電極。
12、進一步的，所述襯底層采用與所述柔性材料基底層粘合性低于設定要求的材質。
13、進一步的，所述襯底層采用pmma片材或ptfe片材；所述柔性材料采用聚二甲基硅氧烷、ecoflex、dragonskin、聚氨酯、聚偏氟乙烯、聚萘酯或pyralene材質。
14、進一步的，步驟1中的旋涂轉速為750～1500轉/分鐘，得到的柔性材料厚度為50微米～125微米；步驟4中的旋涂轉速為500～1500轉/分鐘，得到的柔性材料厚度為50微米～150本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.一種基于水溶性掩膜成型的可延展碳基神經電極制備方法，其特征在于：包括以下步驟：
2.根據權利要求1一種基于水溶性掩膜成型的可延展碳基神經電極制備方法，其特征在于：步驟2中，在對水溶性掩模進行激光圖案化時，在電極點和焊盤圖樣處增大激光功率，完全貫穿基底層，并貫穿部分襯底層，然后在水溶性掩模上刮涂碳基導電漿料并烘干使碳基導電漿料固化，得到導電通道；步驟4中，在步驟3得到的器件上旋涂與步驟1相同的柔性材料，固化后作為封裝層后，無需在封裝層上開孔暴露導電通道，即得到碳基神經電極。
3.根據權利要求1或2所述一種基于水溶性掩膜成型的可延展碳基神經電極制備方法，其特征在于：所述襯底層采用與所述柔性材料基底層粘合性低于設定要求的材質。
4.根據權利要求1或2所述一種基于水溶性掩膜成型的可延展碳基神經電極制備方法，其特征在于：所述襯底層采用PMMA片材或PTFE片材；所述柔性材料采用聚二甲基硅氧烷、Ecoflex、Dragonskin、聚氨酯、聚偏氟乙烯、聚萘酯或Pyralene材質。
5.根據權利要求1或2所述一種基于水溶性掩膜成型的可延展碳
6.根據權利要求1或2所述一種基于水溶性掩膜成型的可延展碳基神經電極制備方法，其特征在于：步驟2中，所述水溶性掩模厚度為40微米～150微米。
7.根據權利要求1或2所述一種基于水溶性掩膜成型的可延展碳基神經電極制備方法，其特征在于：所述碳基導電漿料中補充摻雜了片狀石墨烯。
8.根據權利要求7所述一種基于水溶性掩膜成型的可延展碳基神經電極制備方法，其特征在于：層數1～10，片徑1～50微米，徑厚比1000～10000的片狀石墨烯與柔性材料溶劑質量比10:1～10:3摻混。
9.根據權利要求1或2所述一種基于水溶性掩膜成型的可延展碳基神經電極制備方法，其特征在于：所述襯底層采用PMMA材料，所述柔性材料采用聚二甲基硅氧烷；步驟5中，將步驟4得到的器件浸入二甲基亞砜溶液中，再將碳基神經電極從襯底層表面剝離釋放，最終得到可延展碳基神經電極。
10.一種基于水溶性掩膜成型的可延展碳基神經電極，其特征在于：通過權利要求1或2所述方法制備得到。
...【技術特征摘要】
1.一種基于水溶性掩膜成型的可延展碳基神經電極制備方法，其特征在于：包括以下步驟：
2.根據權利要求1一種基于水溶性掩膜成型的可延展碳基神經電極制備方法，其特征在于：步驟2中，在對水溶性掩模進行激光圖案化時，在電極點和焊盤圖樣處增大激光功率，完全貫穿基底層，并貫穿部分襯底層，然后在水溶性掩模上刮涂碳基導電漿料并烘干使碳基導電漿料固化，得到導電通道；步驟4中，在步驟3得到的器件上旋涂與步驟1相同的柔性材料，固化后作為封裝層后，無需在封裝層上開孔暴露導電通道，即得到碳基神經電極。
3.根據權利要求1或2所述一種基于水溶性掩膜成型的可延展碳基神經電極制備方法，其特征在于：所述襯底層采用與所述柔性材料基底層粘合性低于設定要求的材質。
4.根據權利要求1或2所述一種基于水溶性掩膜成型的可延展碳基神經電極制備方法，其特征在于：所述襯底層采用pmma片材或ptfe片材；所述柔性材料采用聚二甲基硅氧烷、ecoflex、dragonskin、聚氨酯、聚偏氟乙烯、聚萘酯或pyralene材質。
5.根據權利要求1或2所述一種基于水溶性掩膜成型的可延展碳基神經電極制備方法，其特征在于：步驟1中的旋涂轉速為750～...
【專利技術屬性】
技術研發人員：吉博文，王炫棋，常洪龍，薛凱，白睿鈺，張梓墨，郭珺，尤小麗，
申請(專利權)人：西北工業大學，
類型：發明
國別省市：
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