CN108853717B - 一种柔性神经电极以及柔性神经电极的植入方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种柔性神经电极以及柔性神经电极的植入方法。所述柔性神经电极包括柔性衬底、柔性绝缘层以及位于柔性衬底和柔性绝缘层之间的导电层和磁性材料层；其中，导电层包括至少一条导电线，导电线包括互连导线以及分别位于互连导线两端的记录位点和焊点；磁性材料层包括多个磁性材料部，磁性材料部与第一部分互连导线一一对应；柔性绝缘层上形成有至少一个通孔，通孔与记录位点一一对应，通孔贯穿柔性绝缘层露出对应记录位点。本发明实施例提供的技术方案，柔性神经电极具有磁性，能够在磁场力的牵引作用下植入大脑皮层，进而使得柔性神经电极的植入对脑组织不会造成较大的急性损伤。
Description
技术领域
本发明实施例涉及神经电极领域，尤其涉及一种柔性神经电极以及柔性神经电极的植入方法。
背景技术
神经电极是神经科学研究中的热点问题，是将神经元与外部电子设备连接起来的桥梁，通过神经电极我们可以测量到大脑皮层的电生理信号，包括局部场电位和动作电位，这对于脑科学的发展和脑疾病的诊断具有重大意义，比如癫痫、帕金森和阿尔兹海默病等。性能优异的神经电极需要具备以下两个条件：一是植入损伤小，降低脑组织对电极的排异反应；二是能够对于神经信号测量具有较高的时空分辨率。
目前，应用最广的是硅基刚性神经电极，硅基神经电极具有较高的时空分辨率，能够记录到单个神经元的动作电位，但是，硅基神经电极的力学性能与大脑皮层存在较大差异，容易在脑组织里产生微移动，引起较大的免疫反应，而且在电极周围会产生大量胶质细胞，导致电极失效。
针对上述问题，人们开发出了柔性神经电极，其力学性能与大脑皮层更加匹配，大大降低了组织免疫反应，但是，目前的柔性神经电极一般需要通过固化剂固化或刚性物体辅助植入大脑皮层，会对脑组织造成较大的急性损伤。
发明内容
本发明提供一种柔性神经电极以及柔性神经电极的植入方法，以避免柔性神经电极的植入对脑组织造成较大的急性损伤。
第一方面，本发明实施例提供了一种柔性神经电极，所述柔性神经电极包括：
柔性衬底、柔性绝缘层以及位于所述柔性衬底和所述柔性绝缘层之间的导电层和磁性材料层；
其中，所述导电层包括至少一条导电线，所述导电线包括互连导线以及分别位于所述互连导线两端的记录位点和焊点；
所述柔性神经电极包括探针区、辅助区以及连接区，所述记录位点以及与所述记录位点连接的第一部分互连导线位于所述探针区，除所述第一部分互连导线之外的第二部分互连导线位于所述辅助区，所述焊点位于所述连接区；
所述磁性材料层包括多个磁性材料部，所述磁性材料部与所述第一部分互连导线一一对应，在所述柔性衬底和所述柔性绝缘层的层叠方向上，所述磁性材料部与对应所述第一部分互连导线层叠设置；
所述柔性绝缘层至少覆盖所述导电层和所述磁性材料层，所述柔性绝缘层上形成有至少一个通孔，所述通孔与所述记录位点一一对应，所述通孔贯穿所述柔性绝缘层露出对应所述记录位点；
所述探针区内的所述柔性衬底包括多个与所述导电线一一对应的条状结构。
第二方面，本发明实施例还提供了一种柔性神经电极的植入方法，应用于第一方面所述的柔性神经电极，所述柔性神经电极的植入方法包括：
固定麻醉后的待植入动物的头部；
颅骨钻孔露出所述头部的大脑皮层；
确定所述大脑皮层上的待植入位置；
移动所述柔性神经电极，使所述待植入位置位于所述柔性神经电极中所述导电线的延伸长线上；
将磁场产生部件放置于所述头部的下颌远离所述柔性神经电极的一侧；
移动所述柔性神经电极靠近所述头部；
将所述柔性神经电极的探针区在所述磁场产生部件产生的磁力的牵引作用下植入所述待植入动物的大脑皮层。
本发明实施例提供的技术方案，通过在柔性神经电极的探针区内设置磁性材料层，使得探针区内的柔性神经电极具有磁性，能够在外加磁场的作用下运动并植入大脑皮层，由于不再需要刚性部件的辅助或固化处理，大大降低了柔性神经电极植入对脑组织的急性损伤，可以对神经信号进行长期稳定的测量。
附图说明
为了更加清楚地说明本发明示例性实施例的技术方案，下面对描述实施例中所需要用到的附图做一简单介绍。显然，所介绍的附图只是本发明所要描述的一部分实施例的附图，而不是全部的附图，对于本领域普通技术人员，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图得到其他的附图。
图1是本发明实施例提供的一种柔性神经电极的俯视结构示意图；
图2是沿图1中虚线AB的剖面结构示意图；
图3是图1中导电层的结构示意图；
图4是图1中磁性材料层的结构示意图；
图5为本发明实施例提供的又一种磁性材料层的结构示意图；
图6是本发明实施例提供的一种柔性神经电极的植入方法的流程示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部内容。在更加详细地讨论示例性实施例之前应当提到的是，一些示例性实施例被描述成作为流程图描绘的处理或方法。虽然流程图将各项操作(或步骤)描述成顺序的处理，但是其中的许多操作可以被并行地、并发地或者同时实施。此外，各项操作的顺序可以被重新安排。当其操作完成时所述处理可以被终止，但是还可以具有未包括在附图中的附加步骤。所述处理可以对应于方法、函数、规程、子例程、子程序等等。
图1是本发明实施例提供的一种柔性神经电极的俯视结构示意图。图2是沿图1中虚线AB的剖面结构示意图。如图2所示，柔性神经电极包括柔性衬底100、柔性绝缘层400以及位于所述柔性衬底100和所述柔性绝缘层400之间的导电层200和磁性材料层300。图3是图1中导电层的结构示意图。如图3所示，所述导电层200包括至少一条导电线210，所述导电线210包括互连导线211以及分别位于所述互连导线211两端的记录位点212和焊点213。继续参见图1和图3，所述柔性神经电极包括探针区10、辅助区20以及连接区30，所述记录位点212以及与所述记录位点212连接的第一部分互连导线211/1位于所述探针区10，除所述第一部分互连导线211/1之外的第二部分互连导线211/2位于所述辅助区20，所述焊点213位于所述连接区30。图4是图1中磁性材料层的结构示意图。如图4所示，所述磁性材料层300包括多个磁性材料部310。继续参见图2和图4，所述磁性材料部310与所述第一部分互连导线211/1一一对应，在所述柔性衬底100和所述柔性绝缘层400的层叠方向Y上，所述磁性材料部310与对应所述第一部分互连导线211/1层叠设置。需要说明的是，为避免结构混淆，图1未标示出柔性衬底100、导电层200、磁性材料层300以及柔性绝缘层400，但上述各结构中的同一结构在图1中与图2至图4中采用相同的阴影标识，据此可在图1中确定上述各结构的位置及形状。参考图2至图4后可知，在图1中所述柔性绝缘层至少覆盖所述导电层和所述磁性材料层，所述柔性绝缘层上形成有至少一个通孔410，所述通孔410与所述记录位点一一对应，所述通孔410贯穿所述柔性绝缘层露出对应所述记录位点，所述探针区10内的所述柔性衬底100包括多个与所述导电线210一一对应的条状结构。
需要说明的是，示例性的，如图1所示，在辅助区20内的柔性衬底100的形状可以为块状，在连接区30内的柔性衬底100的形状可以与多个焊点的形状相同，辅助区20内的柔性绝缘层的尺寸和形状可以与柔性衬底相同。可以理解的是，由于仅有探针区10内的结构会植入待植入动物的大脑皮层中，所以辅助区20和连接区30内柔性衬底的形状和柔性绝缘层的形状还可以为图1所示结构之外的形状，但需要注意的是，为保证柔性神经电极具有较高的可靠性，即磁性材料层和导电层的性质不变，柔性绝缘层需至少覆盖导电层和磁性材料层，另一方面，为保证柔性神经电极为一整体结构，柔性衬底和柔性绝缘层中至少一个膜层在辅助区20和/或连接区30是连续结构。
此外，为增加柔性神经电极的记录位点，还可以在柔性绝缘层400远离柔性衬底100的一侧再设置至少一个附加导电层，并在每一个附加导电层远离柔性衬底100的一侧设置一个附加柔性绝缘层，各附加导电层的形状与导电层相同，且沿柔性衬底100指向柔性绝缘层400的方向，各附加导电层在探针区10内的长度依次递减，每个附加导电层远离柔性衬底100一侧的所有附加柔性绝缘层上对应该附加导电层中的记录位点212设置附加通孔。
本实施例提供的技术方案，通过在柔性神经电极的探针区10内设置磁性材料层300，使得探针区10内的柔性神经电极具有磁性，能够在外加磁场的作用下运动并植入大脑皮层，由于不再需要刚性部件的辅助或固化处理，大大降低了柔性神经电极植入对脑组织的急性损伤，可以对神经信号进行长期稳定的测量。
可选的，如图3所示，所述至少一条导电线210的数量大于1时，各所述导电线210平行设置。这样的设置能够使得各导电线210均能垂直于大脑皮层上的待植入区域，以使得对应的各个探针101均能够受到较大的磁场力，减小了部分探针101在植入过程中因受力不够导致的弯曲现象的发生几率。
较佳的，如图2所示，所述磁性材料层300可以位于所述导电层200远离所述柔性衬底100的一侧。这样的设置能够使得导电层200位于平整的柔性衬底100表面上，能够避免同一导电线210中的记录位点212与互连导线211由于膜层台阶的存在连接不牢固。
示例性的，所述柔性衬底100的材料可以为聚酰亚胺、聚对二甲苯和SU8光刻胶中任意一种或任意至少两种的组合。
可选的，所述柔性衬底100的厚度取值范围可以为0.5～4um。需要说明的是，柔性衬底100的厚度过小会导致其力学性能和绝缘性能不足，进而影响柔性神经电极上各膜层的形成以及脑信号测量，厚度过大又会使得柔性神经电极的整体厚度增加，不利于柔性神经电极的微形化，且还会导致柔性神经电极的柔性下降。具体的，柔性衬底100的厚度取值范围优选为1～3um，进一步优选为2um。
示例性的，所述导电层200的材料可以为金、铂和铱中任意一种或任意至少两种的组合。上述材料一方面便于制备细小的膜层图案，另一方面具有较好的电学特性，有利于柔性神经电极的微型化和灵敏度的提升。
可选的，所述导电层200的厚度取值范围可以为20～500nm。在上述取值范围内导电层200能够达到相对更好的电学灵敏度。具体的，导电层200的厚度取值范围优选为50～300nm，进一步优选为100nm。
可选的，所述互连导线211的宽度取值范围可以为2～100um。需要说明的是，在互连导线211的厚度确定的情况下，互连导线211的宽度与流经互连导线211的电流强度相关，为使得柔性神经电极具有较好的信号传输特性，本实施例较佳的设置互连导线211的宽度取值范围为2～100um。具体的，互连导线211的宽度取值范围优选为10～30um，进一步优选为12um。
在本实施例中，所述条状结构的长度取值范围可以为1～15mm。可以理解的是，形成于柔性衬底100上的导电层200、磁性材料层300以及柔性绝缘层400的尺寸均不会大于对应区域内柔性衬底100的尺寸，因此，此处所述条状结构的长度即为探针区10内柔性神经电极每一个探针101的长度。探针是植入待植入动物头部的部分，若过短会导致与其连接的记录位点212无法深入至有效区域，过长又会由于柔性特点增加植入难度，考虑到上述两方面原因，此处较佳的设置其长度取值范围为1～15mm。具体的，所述条状结构的长度取值范围优选为2～5mm，进一步优选为3mm。
可选的，所述条状结构的宽度取值范围可以为5～100um。可以理解的是，所述条状结构的宽度即为探针区10内柔性神经电极每一个探针101的宽度。探针101的宽度过大或过小均会增加植入难度，因此，较佳的设置取值范围为5～100um。具体的，所述条状结构的宽度取值范围优选为10～30um，进一步优选为20um。
在本实施例中，所述导电线210的数量取值范围可以为1～500。在一定数量范围内，导电线210的数量越多，柔性神经电极的记录位点212越多，进行信号记录的脑区面积也越大，另一方面考虑到数量的增加会增加植入难度，此处较佳的设置导电线210的数量取值范围为1～500。具体的，导电线210的数量取值范围优选为1～16，进一步优选为4。
可选的，所述导电线210的数量大于1时，相邻所述条状结构之间的间距取值范围可以为20～1000um。需要说明的是，相邻所述条状结构的的间距即为相邻探针101之间的间距，该间距过小可能会造成相邻探针101探测到的信号部分重复，导致资源的浪费，间距过大又会不利于利用磁力作用的植入过程，综合考虑上述两方面原因，本实施例较佳的设置该间距的取值范围为20～1000um。具体的，相邻所述条状结构的之间的间距取值范围优选为200～600um，进一步优选为500um。
示例性的，所述柔性衬底100和所述导电层200之间可以设置有粘附层。粘附层能够增加导电层200在衬底上的粘附力，避免导电层200在柔性神经电极的使用过程中剥离。
可选的，所述粘附层的材料可以为铬或钛。
可选的，所述粘附层的厚度取值范围可以为5～60nm。粘附层过薄无法达到增加粘附力的作用，过厚会增加柔性神经电极的整体厚度，此处较佳的设置粘附层的厚度取值范围为5～60nm。具体的，粘附层的厚度取值范围优选为5～15nm，进一步优选为5nm。
可选的，所述记录位点212的形状可以为圆形。这样的设置能够使得记录位点212的尺寸相对于互连导线较大，增大了记录位点212与脑部神经的接触面积。可以理解的是，在本实施例的其他实施方式中，记录位点212还可以为其他形状，本实施例对此不做具体限定。
较佳的，所述记录位点212的直径取值范围可以为5～30um。记录位点212尺寸过小会导致其与脑部神经的接触面积较小，使得其电化学阻抗较大而不利于脑信号测量，过大会降低柔性神经电极进行信号测量的空间分辨率，且探针101的植入难度增大，考虑到上述问题，此处较佳的设置记录微点的直径取值范围为5～30um。具体的，记录位点212的直径取值范围优选为5～20um，进一步优选为10um。
可选的，所述磁性材料层300的材料可以为FeNi，FePt和CoPt中任意一种或任意至少两种的组合。以便使得柔性神经电极位于探针区10内的探针101具有较好的磁性，便于柔性神经电极的植入。
可选的，所述磁性材料层300的厚度取值范围可以为0.5～4um。磁性材料层300的厚度过薄会导致磁性材料层300的磁性不高，过厚又会增加柔性神经电极的整体厚度从而降低柔性神经电极的柔性，因此，此处较佳的设置磁性材料层300的厚度取值范围为0.5～4um。具体的，磁性材料层300的厚度取值范围优选为1.5～3um，进一步优选为2.5um。
可选的，所述磁性材料层300可以通过电镀工艺形成。具体的，所述电镀工艺中采用的温度取值范围可以为20～70℃，优选为30～50℃，进一步优选为45℃；电镀时间取值范围可以为1～15min，优选为3～7min，进一步优选为5min；电流密度取值范围可以为50～600A/m2，优选为150～500A/m2，进一步优选为350A/m2。
可以理解的是，在本实施例的其他实施方式中，磁性材料层300也可以通过其他工艺形成，本实施例对此不做具体限定。
示例性的，所述磁性材料部310的宽度取值范围可以为2～90um。为保证磁性材料层300具有较好的磁性，且不会增加探针101的整体尺寸，本实施例较佳的设置磁性材料部310的宽度取值范围为2～90um。具体的，磁性材料部310的宽度取值范围优选为5～20um，进一步优选为10um。
可选的，所述磁性材料部310可以为条状或包括至少两个沿所述导电线210延伸方向排布的分立子部311。磁性材料部310用于使得柔性神经电极位于探针区10内的探针101具有磁性，因此可以为条状也可以包括至少两个沿导电线210延伸方向排布的分立子部311，具体的，图4中磁性材料部310为条状。图5为本发明实施例提供的又一种磁性材料层的结构示意图。如图5所示，磁性材料部310包括多个沿导电线210延伸方向排布的分立子部311。需要说明的是，磁性材料部310是与第一互连导线对应设置的，由于宽度相对较小，将其设置为包括多个沿导电线210延伸方向排布的分立子部311相对于其他的划分方式工艺难度更低。
示例性的，所述柔性绝缘层400的材料可以为聚酰亚胺、聚对二甲苯和SU8光刻胶中任意一种或任意至少两种的组合。
可选的，所述柔性绝缘层400的厚度取值范围可以为0.5～4um。厚度过小会导致其力学性能和绝缘性能不足，进而影响植入过程以及脑信号测量，厚度过大又会增加柔性神经电极的整体厚度，不利于柔性神经电极的微型化，且还会导致柔性神经电极柔性下降，考虑到上述问题，本实施例较佳的设置柔性绝缘层400的厚度取值范围为0.5～4um。具体的，柔性绝缘层400的厚度取值范围优选为1～3um，进一步优选为2um。
可选的，所述柔性衬底100和所述柔性绝缘层400的材料可以相同。这样的设置使得柔性神经电极的制备过程中仅需要使用同一种柔性材料，主要工艺参数仅需要设计一次即可，达到了简化柔性神经电极制备工艺的有益效果。
以下为本发明实施例提供的柔性神经电极中各结构参数的三种具体设计方案：
方案1、柔性衬底的材料为聚酰亚胺，厚度为2um；探针区内条状结构的柔性衬底的长度为3mm，宽度为20um；探针区内相邻条状结构的柔性衬底之间的间距为500um；
导电线的数量为4；导电层的材料为金，厚度为100um；探针区内导电线的长度为3um，互连导线的宽度为12um；粘附层的材料为铬，厚度为5nm；
记录位点的形状为圆形，其直径为10um；
焊点为矩形，其长为1000um，宽为200um，相邻焊盘间距为500um；
柔性绝缘层的材料为聚酰亚胺，厚度为2um；探针区内覆盖一条导电线的柔性绝缘层的长度为3um，宽度为20um，其上对应每一个记录位点设置有通孔；柔性绝缘层不覆盖焊点。
方案2、柔性衬底的材料为聚酰亚胺，厚度为2um；探针区内条状结构的柔性衬底的长度为2mm，宽度为20um；探针区内相邻条状结构的柔性衬底之间的间距为200um；
导电线的数量为8；导电层的材料为金，厚度为100um；探针区内导电线的长度为2um，互连导线的宽度为12um；粘附层的材料为铬，厚度为5nm；
记录位点的形状为圆形，其直径为10um；
焊点为矩形，其长为1000um，宽为200um，相邻焊盘间距为200um；
柔性绝缘层的材料为聚酰亚胺，厚度为2um；探针区内覆盖一条导电线的柔性绝缘层的长度为2um，宽度为20um，其上对应每一个记录位点设置有通孔；柔性绝缘层不覆盖焊点。
方案3、柔性衬底的材料为聚酰亚胺，厚度为2um；探针区内条状结构的柔性衬底的长度为1.5mm，宽度为20um；探针区内相邻条状结构的柔性衬底之间的间距为150um；
导电线的数量为16；导电层的材料为金，厚度为100um；探针区内导电线的长度为1.5um，互连导线的宽度为12um；粘附层的材料为铬，厚度为5nm；
记录位点的形状为圆形，其直径为10um；
焊点为矩形，其长为1000um，宽为200um，相邻焊盘间距为150um；
柔性绝缘层的材料为聚酰亚胺，厚度为2um；探针区内覆盖一条导电线的柔性绝缘层的长度为1.5um，宽度为20um，其上对应每一个记录位点设置有通孔；柔性绝缘层不覆盖焊点。
以下为本发明实施例提供的一种柔性神经电极的制备过程：
步骤11、牺牲层的制备(牺牲层的材料为Al)
1)硅片清洗：将直径为四寸的硅片放置于洁净培养皿中，用丙酮、异丙醇和水依次超声清洗10min(功率30W)，氮气吹干后将硅片放置于105℃热板上加热3min，去除水汽，温度降至室温后用氧等离子体清洗3min(功率100W)。
2)匀胶：将洁净硅片放置于匀胶机吸盘中心固定，设置好匀胶机参数(500rpm 5splus 2000rpm 60s)，用滴管在硅片中心滴加4mL的S1813光刻胶，开始匀胶。
3)前烘：将匀胶结束的硅片放置于115℃热板上，烘3min，然后拿下来降至室温。
4)曝光：使用双面对准接触式紫外光刻机(型号：MA6)，装好Al层所对应的铬掩膜版，将硅片放到光刻机的工作台上，设置曝光参数(曝光时间65s，模式Vac，gap为40um)，开始曝光。
5)显影：在洁净培养皿中倒入适量S1813显影液，然后将硅片放进去，适度晃动硅片，显影时间为1min，显影结束后用水去清洗干净并用氮气吹干。
6)去除残胶：用氧等离子体清洗硅片1min(功率50W)。
7)Al沉积：使用磁控溅射镀膜系统(型号：Lab-18)，沉积Al层，厚度100nm。
8)Al剥离：在洁净培养皿中倒入适量丙酮，然后将硅片放进去，在80℃热板上加热1小时，使用滴管将剥离下来的Al全部吹掉；然后分别用丙酮、异丙醇、水清洗干净，用氮气吹干，放到105℃热板上烘3min，去除水汽。
步骤12、柔性衬底的制备(柔性衬底的材料为聚酰亚胺)
1)表面清洗：用氧等离子体清洗硅片3min(功率100W)。
2)匀胶：将硅片放置于匀胶机吸盘中心固定，设置好匀胶机参数(500rpm5s plus2000rpm 60s)，用滴管在硅片中心滴加4mL的15％聚酰亚胺，开始匀胶。
3)烘干：将匀胶结束的硅片放到120℃热板上烘10min，然后放进200℃真空干燥箱里烘2小时，随炉冷却。
步骤13、导电层的制备(导电层的材料为Au)：
1)表面清洗：分别用丙酮、异丙醇、水清洗硅片，用氮气吹干，放到105℃热板上烘3min，去除水汽，温度降至室温后用氧等离子体清洗1min(功率50W)。
2)匀胶：将硅片放置于匀胶机吸盘中心固定，设置好匀胶机参数(500rpm5s plus2000rpm 60s)，用滴管在硅片中心滴加4mL的S1813光刻胶，开始匀胶。
3)前烘：将匀胶结束的硅片放置于115℃热板上，烘3min，然后拿下来降至室温。
4)曝光：使用双面对准接触式紫外光刻机(型号：MA6)，装好Au层所对应的铬掩膜版，将硅片放到光刻机的工作台上，设置曝光参数(曝光时间65s，模式Vac，gap为40um)，开始曝光。
5)显影：在洁净培养皿中倒入适量S1813显影液，然后将硅片放进去，适度晃动硅片，显影时间为1min，显影结束后用水清洗干净并用氮气吹干。
6)去除残胶：用氧等离子体清洗硅片1min(功率50W)。
7)Au沉积：使用电子束蒸发镀膜系统(型号：OHMIKER-50B)，沉积粘附层铬层，厚度5nm，然后沉积Au层，厚度100nm。
8)Au剥离：在洁净培养皿中倒入适量丙酮，然后将硅片放进去，在80℃热板上加热1小时，使用滴管将剥离下来的Au全部吹掉；然后分别用丙酮、异丙醇、水清洗干净，用氮气吹干，放到105℃热板上烘3min，去除水汽。
步骤14、磁性镀层(磁性镀层的材料为FeNi)：
1)表面清洗：用氧等离子体清洗硅片1min(功率50W)。
2)匀胶：将硅片放置于匀胶机吸盘中心固定，设置好匀胶机参数(500rpm5s plus2000rpm 60s)，用滴管在硅片中心滴加4mL的S1813光刻胶，开始匀胶。
3)前烘：将匀胶结束的硅片放置于115℃热板上，烘3min，然后拿下来降至室温。
4)曝光：使用双面对准接触式紫外光刻机(型号：MA6)，装好FeNi层所对应的铬掩膜版，将硅片放到光刻机的工作台上，设置曝光参数(曝光时间65s，模式Vac，gap为40um)，开始曝光。
5)显影：在洁净培养皿中倒入适量S1813显影液，然后将硅片放进去，适度晃动硅片，显影时间为1min，显影结束后用水清洗干净并用氮气吹干。
6)去除残胶：用氧等离子体清洗硅片1min(功率50W)。
7)电镀FeNi：使用电化学工作站(型号：Gamry Reference 3000)进行电镀，控制电镀温度为45℃，电镀时间5min，电流密度为350A/m2等。电镀结束后，要用去离子水把硅片表面的镀液清洗干净，并用氮气吹干
8)去除S1813模板：在洁净培养皿中倒入适量丙酮，然后将硅片放进去，浸泡5min后拿出来，分别用异丙醇和水清洗干净，用氮气吹干，放到105℃热板上烘3min，去除水汽。
步骤15、柔性绝缘层(柔性绝缘层的材料为聚酰亚胺)
1)匀胶：将硅片放置于匀胶机吸盘中心固定，设置好匀胶机参数(500rpm5s plus2000rpm 60s)，用滴管在硅片中心滴加4mL的15％聚酰亚胺，开始匀胶。
2)烘干：将匀胶结束的硅片放到120℃热板上烘10min，然后放进200℃真空干燥箱里烘2小时，随炉冷却。
步骤16、柔性神经电极的图形化
1)表面清洗：使用反应等离子体刻蚀机(型号：ETCHLAB-200)，将硅片放入刻蚀机的腔体中，抽真空，刻蚀10s(功率200W)。
2)匀胶：将硅片放置于匀胶机吸盘中心固定，设置好匀胶机参数(500rpm5s plus2000rpm 60s)，用滴管在硅片中心滴加4mL的AZ4620光刻胶，开始匀胶。
3)前烘：将匀胶结束的硅片放置于120℃热板上，烘5min，然后拿下来降至室温。
4)曝光：使用双面对准接触式紫外光刻机(型号：MA6)，装好图形化所对应的Cr掩膜版，将硅片放到光刻机的工作台上，设置曝光参数(曝光时间180s，模式Vac，gap为40um)，开始曝光。
5)显影：在洁净培养皿中倒入适量AZ4620显影液，然后将硅片放进去，适度晃动硅片，显影时间为10min，显影结束后用水清洗干净并用氮气吹干。
6)反应离子刻蚀：使用反应等离子体刻蚀机(型号：ETCHLAB-200)，将硅片放入刻蚀机的腔体中，抽真空，刻蚀7.5min(功率200W)。
7)去除AZ4620残胶：在洁净培养皿中倒入适量丙酮，然后将硅片放进去，浸泡5min后拿出来，分别用异丙醇和水清洗干净，用氮气吹干，放到105℃热板上烘3min，去除水汽。
步骤17、焊点连接
1)划片：沿硅片晶向，用硅刀将整个硅片划成分立的电极。
2)压软排线：软排线间距为0.5mm，将适当大小的ACF胶粘在焊点处，软排线与焊点对齐，120℃热压1min。
3)封装：用AB胶将焊点与软排线连接处封装起来，60℃真空干燥2小时。
4)释放Al牺牲层：将封装完毕的电极浸没到0.5mol/L的FeCl3溶液中，将Al牺牲层刻蚀掉，使得柔性神经电极的探针区脱离硅片基底。
5)划掉多余硅片：使用硅刀将探针区内探针下面的多余硅片划掉，然后从水里转移到铺满异丙醇的载玻片上，待异丙醇自然风干，柔性神经电极便制备完毕。
图6是本发明实施例提供的一种柔性神经电极的植入方法的流程示意图。柔性神经电极的植入方法应用于本发明任意实施例所述的柔性神经电极。如图6所示，柔性神经电极的植入方法具体包括如下：
步骤1、固定麻醉后的待植入动物的头部。
步骤2、颅骨钻孔露出所述头部的大脑皮层。
步骤3、确定所述大脑皮层上的待植入位置。
步骤4、移动所述柔性神经电极，使所述待植入位置位于所述柔性神经电极中所述导电线的延伸长线上。
步骤5、将磁场产生部件放置于所述头部的下颌远离所述柔性神经电极的一侧。
示例性的，磁场产生部件可以为永磁体。可以理解的是，磁场产生部件还可以为其他可以产生磁场的部件，本实施例对此不做具体限定。
步骤6、移动所述柔性神经电极靠近所述头部。
步骤7、将所述柔性神经电极的探针区在所述磁场产生部件产生的磁力的牵引作用下植入所述待植入动物的大脑皮层。
以下为本发明实施例提供的一种柔性神经电极的植入方法的具体实施过程：
步骤21、术前准备
提前准备好C57小鼠、脑立体定位仪、手术显微镜、冷光源、体重秤、异氟烷、戊巴比妥钠、1mL注射器、生理盐水、金霉素眼膏、碘伏、弯头剪刀、直头剪刀、尖头镊子、洁净布、洁净纸、纱布、永磁体、连接好后端的柔性神经电极、颅钻、棉签等。
步骤22、麻醉
取健康状况良好的小鼠，称重，根据0.01mL/g的标准计算戊巴比妥钠的注射量，用戊巴比妥钠将小鼠进行麻醉。
步骤23、手术过程
1)待小鼠深度麻醉后，固定在脑立体定位仪上，用棉签蘸碘伏在小鼠头部擦拭消毒并将头部毛发剪去。
2)用剪刀将小鼠头皮沿中缝剪开，露出颅骨，颅骨钻孔露出大脑皮层并挑去硬脑膜，调节脑立体定位仪使得待植入脑区处于柔性神经电极的正下方。
6)将永磁体放在小鼠下颌下面，将连接好后端的柔性神经电极固定在脑立体定位仪的电极杆上，慢慢向下靠近小鼠大脑皮层，当柔性神经电极距离小鼠大脑皮层足够近时，通过缓慢移动永磁体来控制柔性神经电极的形态，使之保持与皮层表面呈垂直关系，在磁场提供的辅助植入力下，缓慢将柔性神经电极植入皮层。
7)将柔性神经电极的后端与128通道神经电生理记录系统连接起来，进行神经信号的记录(包括局部场电位和动作电位)。
注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。
Claims (12)
1.一种柔性神经电极，其特征在于，包括：
柔性衬底、柔性绝缘层以及位于所述柔性衬底和所述柔性绝缘层之间的导电层和磁性材料层；
其中，所述导电层包括至少一条导电线，所述导电线包括互连导线以及分别位于所述互连导线两端的记录位点和焊点；
所述柔性神经电极包括探针区、辅助区以及连接区，所述记录位点以及与所述记录位点连接的第一部分互连导线位于所述探针区，除所述第一部分互连导线之外的第二部分互连导线位于所述辅助区，所述焊点位于所述连接区；
所述磁性材料层包括多个磁性材料部，所述磁性材料部与所述第一部分互连导线一一对应，在所述柔性衬底和所述柔性绝缘层的层叠方向上，所述磁性材料部与对应所述第一部分互连导线层叠设置；
所述柔性绝缘层至少覆盖所述导电层和所述磁性材料层，所述柔性绝缘层上形成有至少一个通孔，所述通孔与所述记录位点一一对应，所述通孔贯穿所述柔性绝缘层露出对应所述记录位点；
所述探针区内的所述柔性衬底包括多个与所述导电线一一对应的条状结构；
磁场产生部件产生的磁力对所述柔性神经电极的探针区起到牵引作用。
2.根据权利要求1所述的柔性神经电极，其特征在于，所述柔性衬底的材料为聚酰亚胺、聚对二甲苯和SU8光刻胶中任意一种或任意至少两种的组合；
所述柔性衬底的厚度取值范围为0.5～4um。
3.根据权利要求1所述的柔性神经电极，其特征在于，所述柔性绝缘层的材料为聚酰亚胺、聚对二甲苯和SU8光刻胶中任意一种或任意至少两种的组合；
所述柔性绝缘层的厚度取值范围为0.5～4um。
4.根据权利要求1所述的柔性神经电极，其特征在于，所述导电层的材料为金、铂和铱中任意一种或任意至少两种的组合；
所述导电层的厚度取值范围为20～500nm。
5.根据权利要求1所述的柔性神经电极，其特征在于，所述导电线的数量大于1时，各所述导电线平行设置；
所述导电线的数量取值范围为1～500。
6.根据权利要求1所述的柔性神经电极，其特征在于，所述互连导线的宽度取值范围为2～100um。
7.根据权利要求1所述的柔性神经电极，其特征在于，所述柔性衬底和所述导电层之间设置有粘附层；
所述粘附层的材料为铬或钛；
所述粘附层的厚度取值范围为5～60nm。
8.根据权利要求1所述的柔性神经电极，其特征在于，所述磁性材料层位于所述导电层远离所述柔性衬底的一侧；
所述磁性材料层通过电镀工艺形成；
所述磁性材料层的材料为FeNi，FePt和CoPt中任意一种或任意至少两种的组合；
所述磁性材料层的厚度取值范围为0.5～4um。
9.根据权利要求8所述的柔性神经电极，其特征在于，所述电镀工艺中采用的温度取值范围为20～70℃，电镀时间取值范围为1～15min，电流密度取值范围为50～600A/m2。
10.根据权利要求1所述的柔性神经电极，其特征在于，所述磁性材料部的宽度取值范围为2～90um；
所述磁性材料部为条状或包括至少两个沿所述导电线延伸方向排布的分立子部。
11.根据权利要求1所述的柔性神经电极，其特征在于，所述条状结构的长度取值范围为1～15mm；
所述条状结构的宽度取值范围为5～100um；
所述条状结构的数量大于1时，相邻所述条状结构之间的间距取值范围为20～1000um。
12.根据权利要求1所述的柔性神经电极，其特征在于，所述记录位点的形状为圆形；
所述记录位点的直径取值范围为5～30um。
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