CN109641128B - 弹性神经电极及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
一种弹性神经电极，其具有至少一个平面金属层，所述至少一个平面金属层包含导电材料并且置于弹性体层(PDMS)上，其中，为了增强所述电极，将高抗拉强度聚合物层、特别是聚对二甲苯层直接施加到所述至少一个金属层上，所述高抗拉强度聚合物层、特别是聚对二甲苯层是所述电极的最外层。
Description
技术领域
本发明涉及弹性神经电极，并且涉及其制造方法。具体地，本发明涉及能够耐受高机械力的这种电极。
背景技术
已知的弹性神经电极包括层状序列弹性体-金属-弹性体，其中硅酮橡胶为顶部弹性体层。通过从金属箔进行切割来产生导电导轨和接触垫。这些导轨和垫包埋在硅酮弹性体中。由于硅酮弹性非常好，所以其不能保护易碎的金属导轨免受应力和所施加的其它机械载荷，例如在植入外科手术期间施加的。因此，在现有技术中，提供了附加层，其功能是设定神经电极的机械性能并保护金属结构。该附加层为高抗拉强度聚合物箔，例如聚乙烯-C，或者由聚合物纤维制成的网状物。该层用作机械增强物，例如应变消除物，以使到达易碎金属导轨的力最小。该层被包埋进弹性体层中，即位于金属层和底部弹性体层之间。
这使得制造工艺变得复杂，并且附加增强层使得神经电极比没有这种增强层的神经电极厚。另一缺点在于限定电极阵列的机械中性轴的韧性增强层位于与金属不同的层中。电极阵列的弯折仍然会在金属层中产生张力和/或压缩力，从而使金属结构的整体性面临风险。
发明内容
一个目的是提供一种神经电极，一方面所述神经电极是挠性的，但是足够薄和结实，另一方面所述神经电极制造较为廉价。
该目的通过弹性神经电极以及制造具有各独立权利要求特征的弹性神经电极的方法来实现。在各从属权利要求中限定了有益的实施例。
相应地，提供了一种弹性神经电极，其具有至少一个平面金属层，所述至少一个平面金属层包含导电材料并且置于弹性体层(PDMS)上，其中，为了增强所述电极，将高抗拉强度聚合物层(特别是聚对二甲苯层)直接施加到至少一个金属层上，所述高抗拉强度聚合物层(特别是聚对二甲苯层)是所述电极的最外层。
因此，由于置于所述金属层上的层是多功能层，即用于保护(电隔离)和机械增强两者或仅用于机械增强，所以基于金属化弹性体来制造神经电极的已知工艺变得简单。另外，由于增强层的大部分位于金属结构之间且因为此点而使中性轴线位于金属层中，所以不再需要单轨状金属导轨，使得可以制造具有更高集成水平的神经电极，其增加了单位面积的导轨和/或电极触点的量。
在制造之后，通常通过钎焊、锡焊或丝焊在专用互联位置(焊接区域)处将电极阵列连接至导线或电子器件。在连接阵列之后，必须通过聚合物密封对焊接区域的电触点进行彼此电密封和相对于环境电密封。该密封利用自身永久性粘附至硅橡胶的硅橡胶胶粘剂来完成，但是不能保证与高抗拉强度聚合物(特别是聚对二甲苯)永久性粘合。为了避免材料过渡，在向高抗拉强度聚合物(特别是聚对二甲苯)顶上施加硅酮的情况下，引入图1中的工艺步骤f-j，所述工艺步骤确保了电极阵列的功能绝不依赖于硅酮与聚对二甲苯的粘附，而是仅依赖于聚对二甲苯与硅酮的粘附和硅酮与硅酮的粘附。
用于制造弹性神经电极的本发明方法，特别是如上文限定的，包括以下步骤：
-将弹性体层施加到释放载体上
-利用激光束使所述弹性体层结构化
-将金属层层合到所述弹性体层上
-利用激光束使所述金属层结构化
-移除过量金属
-将弹性体层施加到所述金属层上，从而限定焊接部位的边缘
-在所述焊接部位处施加覆盖胶带
-将聚对二甲苯层直接置于所述金属层、弹性体层和覆盖胶带上
-使开口结构化，利用激光束自由切割所述平面电极的覆盖胶带外轮廓
-移除所述覆盖胶带，露出所述焊接区域
-从机械载体移除所述电极
-将导线焊接至所述电极
-利用弹性体密封所述焊接区域。
可以在神经电极中提供附加金属层。然而，总是施加高抗拉强度聚合物(特别是聚对二甲苯)作为最外(顶)层。
附图说明
发明的详细说明
下面将参考附图更为详细地描述本发明及其实施例，其中
图1示出了工艺步骤、层视图；
图2示出了截面视图；和
图3示出了导线组装和密封之前电极阵列的俯视图：侧视图、仰视图：俯视图。
具体实施方式
参考图1，描述了可应用于制造本发明神经电极的工艺步骤序列。
首先，利用硅橡胶层20(弹性体层)涂覆机械载体10(步骤a)。
在其中电极部位将要占据的位置处和将导线焊接至金属的区域处，利用激光移除硅酮20(步骤b)。
将金属箔30层合至硅酮层20(步骤c)，和
利用激光切割电极导轨、焊垫、和电极部位的周界(步骤d)。
移除过量金属箔(步骤e)，和
在从电极部位区域到焊接区域的过渡位置(即边缘)处，沉积液体硅橡胶层70并使其固化(步骤f)。
用覆盖胶带80覆盖整个焊接区域以及硅酮70的已经在前一工艺步骤中沉积的部分(步骤g)。
用聚对二甲苯40(聚合物层)涂覆整个结构(步骤h)。
利用激光切割电极阵列的周界，打开电极部位110，自由切割覆盖胶带(步骤i)。
移除覆盖胶带连同其上涂覆的聚对二甲苯120，从而露出焊接区域(步骤j)。
将电极阵列150从机械载体10中提升出来(步骤k)，弃去机械载体10.在焊接区域处将导线130焊接至各个导轨(步骤l)和
利用液体硅酮密封焊接区域中露出的所有金属(步骤m)，使液体硅酮固化。
通常，使用医疗级硅橡胶作为弹性体。金属箔可由不锈钢、铂、铂-铱或适于制造神经电极的任意材料制成。
涂覆方法是化学气相沉积聚对二甲苯(用于沉积聚对二甲苯的标准操作程序)。
图2显示穿过电极阵列的横截面，其示出电极阵列可由多个导轨构成，所述多个导轨可以暴露于顶部，称为开口90(通过移除聚对二甲苯)；暴露于底部，称为开口50(通过移除硅酮)；或暴露于两侧，如在图2的上图中示出的。
图3示出了导线组装和密封之前的电极阵列。上图为侧视图，下图为电极阵列上的俯视图。
附图标记列表
10 机械载体
20 硅酮
30 金属箔
40 高抗拉强度聚合物，特别是聚对二甲苯
50 电极部位面朝下(硅酮中的窗口)
60 焊接区域
70 硅酮岛
80 覆盖胶带
90 电极部位面朝下(聚对二甲苯中的窗口)
100 限定电极阵列周界的槽
110 槽，其将胶带与聚对二甲苯的剩余部分隔开
120 具有聚对二甲苯的覆盖胶带
130 具有绝缘的导线
140 硅酮密封
150 导线组装和密封之前的电极阵列
160 电极阵列的周界
Claims (16)
1.一种弹性神经电极，其包括布置在弹性体层(20)上的至少一个平面金属层(30)，其特征在于高抗拉强度聚合物层(40)直接布置在所述至少一个金属层(30)上，所述高抗拉强度聚合物层(40)是所述电极的最外层，其中，金属层(30)上设有焊接区域(60)，焊接区域(60)的所有暴露金属都用弹性体(140)密封。
2.根据权利要求1所述的电极，其中所述弹性体层(20)、所述至少一个平面金属层(30)、和所述高抗拉强度聚合物层(40)布置成堆叠体。
3.根据权利要求1或2所述的电极，其中所述高抗拉强度聚合物层(40)具有通向所述至少一个金属层(30)的至少一个窗(90)。
4.根据权利要求1所述的电极，其中所述弹性体层(20)具有通向所述至少一个金属层(30)的至少一个窗(50)。
5.根据权利要求1所述的电极，其中所述至少一个金属层(30)被包埋在所述弹性体层(20)中。
6.根据权利要求1所述的电极，其中所述至少一个金属层(30)包括单轨状导电路径。
7.根据权利要求1所述的电极，其中利用激光束来使所述高抗拉强度聚合物层(40)结构化。
8.根据权利要求1所述的电极，其中所述弹性体层(20)包括医疗级硅橡胶，并且其中所述金属层包括不锈钢、铂、铂-铱或金中的一种，并且其所述高抗拉强度聚合物层(40)包括聚对二甲苯。
9.根据权利要求1所述的电极，其中所述高抗拉强度聚合物层(40)是聚对二甲苯层。
10.根据权利要求9所述的电极，其中所述高抗拉强度聚合物层(40)被气相沉积到所述至少一个金属层(30)上。
11.一种神经电极阵列，其包括用于利用如权利要求1至9中任一项限定的电极与生物学组织电气接合的多个电极，其中所述电极具有至少一个共用层。
12.一种用于制造弹性神经电极的方法，所述弹性神经电极具体如权利要求1至10中任一项限定的，所述方法包括以下步骤：
-将弹性体层(20)施加到机械载体(10)上；
-利用激光束使所述弹性体层(20)结构化；
-将至少一个金属层(30)层合到所述弹性体层(20)上；
-利用激光束使所述至少一个金属层(30)结构化；
-移除过量金属；
-将弹性体层(70)施加到所述至少一个金属层(30)上，从而限定到焊接区域(60)的边缘；
-在所述焊接区域(60)处施加覆盖胶带(80)；
-将高抗拉强度聚合物层(40)直接置于所述至少一个金属层(30)上、所述弹性体层(20)上和所述覆盖胶带(80)上；
-使开口(110)结构化并且利用激光束自由切割所述覆盖胶带(80)；
-移除所述覆盖胶带(80)，露出所述焊接区域；
-从所述机械载体(10)移除所述电极；
-将导线(130)焊接至所述电极；
-利用弹性体(140)密封所述焊接区域。
13.根据权利要求12所述的方法，其中通过激光加工实现所述至少一个金属层(30)的成形、移除过量金属、部分移除第三弹性体、和/或切除外轮廓。
14.根据权利要求12所述的方法，其中执行将信息打印到所述高抗拉强度聚合物层(40)上的额外步骤。
15.根据权利要求12所述的方法，其中执行对所述高抗拉强度聚合物层(40)打孔的额外步骤。
16.根据权利要求12所述的方法，其中高抗拉强度聚合物层(40)是聚对二甲苯层。
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