本發明涉及生物醫學，尤其涉及一種柔性高通道數探針的制備工藝、操作方法及其應用。

背景技術：

1、高通道數探針能夠同時記錄多個神經元的活動，對于理解大腦功能的神經機制具有重要意義，為腦科學研究和神經系統疾病治療提供了有力工具。

2、現有的高通道數探針通常為硅基、金屬等硬質電子器件，具有和柔軟生物組織較大的力學不匹配性，呼吸、血管搏動等會導致器件和組織間持續產生相對位移，繼而引起機械剪切，造成炎癥反應，并進一步影響長期神經活動記錄的穩定性。硬質電子器件更難以應用于會產生較大形變的胃腸道系統等。

3、現有的柔性電子器件雖然具有較低的抗彎剛度，但其縱向長度有限，在面向非人靈長類動物的腦科學研究中，柔性電子器件通常只能植入到大腦皮層深度而難以靶向深部腦區。因此，亟需制備具有高通道數、可靈活設計的柔性電子器件，實現對深部腦區神經活動及其它生理信號的穩定探測。

技術實現思路

1、本發明提供一種柔性高通道數探針的制備工藝、操作方法及其應用，用以解決現有探針和柔軟生物組織之間具有較大的力學不匹配性，會引起機械剪切，造成炎癥反應，并進一步影響長期神經活動記錄的穩定性的缺陷。

2、一方面，本發明提供一種柔性高通道數探針的制備工藝，包括：

3、設計并制備匹配生物體特征的平面電極陣列；將制備完成的所述平面電極陣列和預制的柔性基底復合，并于邊緣處形成卷繞區域；制備至少一根卷軸芯，并將所述卷軸芯放置于所述卷繞區域上進行卷繞，形成高通道數探針，所述高通道數探針具備與組織的力學匹配性，當其植入組織的時候，可減少與組織間產生的相對位移而造成的機械剪切。

4、可選地，所述平面電極陣列由微納加工工藝制備而成，平面電極陣列包括基底層、封裝層和兩者之間的電子材料層，所述平面電極陣列的基底層和封裝層均為薄膜材料，所述平面電極陣列厚度為500nm至20μm。

5、可選地，所述平面電極陣列從硅片上釋放后直接轉移至柔性基底上，復合后形成復合薄膜，所述柔性基底厚度為1-100μm，所述柔性基底至少包括聚二甲基硅氧烷(pdms)、聚苯乙烯-嵌段聚(乙烯-丁烯)-嵌段聚苯乙烯(sebs)、聚氨酯(pu)、ecoflex、聚苯乙烯-丁二烯-苯乙烯(sbs)；

6、所述平面電極陣列和柔性基底復合的方式包括：對平面電極陣列和柔性基底分別進行處理后直接貼合在一起，所述處理方式至少包括等離子體處理、紫外/臭氧處理、熱處理；

7、所述平面電極陣列和柔性基底復合的方式還包括：在平面電極陣列和柔性基底之間采用粘合劑進行貼合，所述粘合劑至少包括聚乙二醇溶液、絲素蛋白溶液、甲基丙烯酸-丙烯酸乙酯共聚物溶液、蔗糖溶液、明膠。

8、可選地，所述復合薄膜卷制成高通道數探針的方式，包括：將所述卷軸芯固定于卷繞區域的邊緣處，將復合薄膜繞卷軸芯卷制成圓柱狀的高通道數探針后再將卷軸芯抽出。

9、可選地，所述復合薄膜卷制成高通道數探針的方式，還包括：將所述卷繞區域的邊緣卷起，形成自卷軸芯，逐漸沿著自卷軸芯將復合薄膜卷制成圓柱狀的高通道數探針，所述復合薄膜的柔性基底面朝向內側。

10、可選地，所述卷軸芯包括單根卷軸芯、多根卷軸芯或多種不同材質卷軸芯集成在一起形成的復合結構卷軸芯，所述復合方式包括多根卷軸芯平行貼合或螺旋纏繞在一起，所述卷軸芯直徑為30μm-1mm，所述卷軸芯至少包括金屬絲、石英管、光纖、聚合物絲、醫用seeg電極、醫用顱內壓測量器件中的一種或多種材料制成。

11、可選地，所述復合薄膜可由不同材質的柔性基底和不同材質的平面電極陣列復合而成，所述柔性高通道數探針可通過不同材質的卷軸芯和不同復合材質的復合薄膜卷制而成。

12、另一方面，本發明提供一種柔性高通道數探針的使用方法，包括：制備所述柔性高通道數探針；通過定位儀固定待檢測的生物體；將柔性高通道數探針植入待檢測的生物體的大腦或脊髓或其它器官中；通過采集設備進行后續信號采集工作。

13、可選地，所述柔性高通道數探針植入生物體后需將卷軸芯抽出，所述柔性高通道數探針植入生物體的方式至少包括直接手動植入、導航系統輔助植入、超聲輔助植入和磁力輔助植入。

14、另一方面，本發明還提供一種柔性高通道數探針在生物醫學場景下的應用，所述柔性高通道數探針可應用于生物體，所述生物體至少包括嚙齒類動物、犬類、豬、羊、鳥、非人靈長類動物，所述柔性高通道數探針至少用于生物體的大腦、脊髓、外周神經、內臟器官以及類器官。

15、本發明提供的柔性高通道數探針的制備工藝、操作方法及其應用，通過平面電極陣列和低楊氏模量并且可拉伸的柔性基底復合，形成復合薄膜，采用卷軸芯或者直接從復合薄膜的邊緣對復合薄膜進行卷繞制成圓柱狀的柔性高通道數探針，與柔性組織具有良好的力學匹配性，能夠減少與組織之間產生的相對位移而造成的機械剪切，保證長期神經活動記錄的穩定性。采用卷軸芯制成的柔性高通道數探針在將卷軸芯抽出后，其中空結構還可以插入多種不同的卷軸芯以進行光學刺激、藥物遞送等，以實現多種功能的集成。

技術特征：

1.一種柔性高通道數探針的制備工藝，其特征在于，包括：

2.根據權利要求1所述的制備工藝，其特征在于，所述平面電極陣列由微納加工工藝制備而成，平面電極陣列包括基底層、封裝層和兩者之間的電子材料層，所述平面電極陣列的基底層和封裝層均為薄膜材料，所述平面電極陣列厚度為500nm至20μm。

3.根據權利要求1所述的制備工藝，其特征在于，所述平面電極陣列從硅片上釋放后直接轉移至柔性基底上，復合后形成復合薄膜，所述柔性基底厚度為1-100μm，所述柔性基底至少包括聚二甲基硅氧烷(pdms)、聚苯乙烯-嵌段聚(乙烯-丁烯)-嵌段聚苯乙烯(sebs)、聚氨酯(pu)、ecoflex、聚苯乙烯-丁二烯-苯乙烯(sbs)；

4.根據權利要求1所述的制備工藝，其特征在于，所述復合薄膜卷制成高通道數探針的方式，包括：將所述卷軸芯固定于卷繞區域的邊緣處，將復合薄膜繞卷軸芯卷制成圓柱狀的高通道數探針后再將卷軸芯抽出。

5.根據權利要求1所述的制備工藝，其特征在于，所述復合薄膜卷制成高通道數探針的方式，還包括：將所述卷繞區域的邊緣卷起，形成自卷軸芯，逐漸沿著自卷軸芯將復合薄膜卷制成圓柱狀的高通道數探針，所述復合薄膜的柔性基底面朝向內側。

6.根據權利要求1所述的制備工藝，其特征在于，所述卷軸芯包括單根卷軸芯、多根卷軸芯或多種不同材質卷軸芯集成在一起形成的復合結構卷軸芯，所述復合方式包括多根卷軸芯平行貼合或螺旋纏繞在一起，所述卷軸芯直徑為30μm-1mm，所述卷軸芯至少包括金屬絲、石英管、光纖、聚合物絲、醫用seeg電極、醫用顱內壓測量器件中的一種或多種材料制成。

7.根據權利要求3所述的制備工藝，其特征在于，所述復合薄膜可由不同材質的柔性基底和不同材質的平面電極陣列復合而成，所述柔性高通道數探針可通過不同材質的卷軸芯和不同復合材質的復合薄膜卷制而成。

8.一種柔性高通道數探針的使用方法，其特征在于，包括以下步驟：

9.根據權利要求7所述的使用方法，其特征在于，所述柔性高通道數探針植入生物體后需將卷軸芯抽出，所述柔性高通道數探針植入生物體的方式至少包括直接手動植入、導航系統輔助植入、超聲輔助植入和磁力輔助植入。

10.一種柔性高通道數探針在生物醫學場景下的應用，其特征在于，所述柔性高通道數探針可應用于生物體，所述生物體至少包括嚙齒類動物、犬類、豬、羊、鳥、非人靈長類動物，所述柔性高通道數探針至少用于生物體的大腦、脊髓、外周神經、內臟器官以及類器官。

技術總結
本發明公開了一種柔性高通道數探針的制備工藝、操作方法及其應用，屬于生物醫學技術領域，該柔性高通道數探針的制備工藝包括設計和制備平面電極陣列；將平面電極陣列和柔性基底復合，制備卷軸芯并通過卷軸芯或直接自復合薄膜的邊緣卷制，從而制成柔性高通道數探針，所述柔性高通道數探針具有與柔性組織良好的力學匹配性，能夠減少與組織之間產生的相對位移而造成的機械剪切，保證長期神經活動記錄的穩定性。采用卷軸芯制成的柔性高通道數探針在將卷軸芯抽出后，其中空結構還可以插入多種不同的卷軸芯以進行光學刺激、藥物遞送等，以實現多種功能的集成。

技術研發人員：劉楊,段小潔
受保護的技術使用者：無錫香樟生物科技有限公司
技術研發日：
技術公布日：2025/4/28