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CN103736203A - 一种可同时输入药物的微电极 - Google Patents

一种可同时输入药物的微电极 Download PDF

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CN103736203A
CN103736203A CN201410007623.1A CN201410007623A CN103736203A CN 103736203 A CN103736203 A CN 103736203A CN 201410007623 A CN201410007623 A CN 201410007623A CN 103736203 A CN103736203 A CN 103736203A
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杨俊卿
汪慧
苏学成
于志豪
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Shandong University of Science and Technology
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Shandong University of Science and Technology
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Abstract

本发明公开了一种可同时输入药物的微电极，包括若干根电极丝、加注导管、带有印制电路的固定基板、电极前端集中固定片与微型渗透压泵；加注导管的进液口端与微型渗透压泵相连；固定基板设置有FFC排线座，所有电极丝穿过并固定在固定基板上，并均衡分布在加注导管的外围，FFC排线座的每一个插头对应一根电极丝，各电极丝的植入端穿过并固定在电极前端集中固定片上，所有电极丝的植入端也相应地均衡分布在加注导管排液口端的外围。本发明具有简单易于实施，通道数目可自由调节，并且能够同时在微电极植入的同时添加释放药物，这些药物可包括神经营养因子等，能够有效地降低电极的长期植入对动物脑组织所带来的损伤。

Description

一种可同时输入药物的微电极
技术领域
本发明涉及一种神经刺激记录电极，尤其是其中的一种可灌输营养药液的神经刺激记录电极。
背景技术
神经工程是目前国内外研究的热点问题，在神经工程研究中普遍使用刺激和记录微电极。例如在深部脑刺激中需要将神经刺激电极植入到脑内相应的神经核团，从而缓解病人的症状。在脑机接口中，通常将电极植入到动物或人脑内，采集脑区的神经活动电信号，然后将这些信号经过一系列处理用于控制外部设备，例如，假肢、鼠标、遥控器等简单的动作。根据不同的需要，人们研究出了不同类型的微电极。例如，各种不同类型多通道微电极阵列，植入后可以进行深度调节的多通道微电极等。但目前市场上买到的电极例如，犹他电极，密西根电极等制作工艺复杂。并且越来越多的研究发现，不管是哪种类型的微电极，长期植入脑内都会造成一定的神经损伤。例如在2007年，nature报道首次应用于人体的脑机接口研究中提到，当电极植入脑内一段时间后，会导致获得的脑电信号衰退，某些电极通道可能记录不到良好的信号，这就导致了其应用会受到一定影响。发明人在实验室中对动物机器人研究过程中同样也发现一个非常重要的问题，即对于同一只实验动物，最初的刺激电流是100uA，可以完成对该动物的有效控制，一个月后，再用同样的刺激电流动物普遍没有反应。需要将电流加大到150或200uA，随着时间的延长，刺激强度需要继续加大。分析这些现象发生的可能原因是由于电极长期植入后对脑组织有一定的损伤，另外在进行电刺激时，电极周围放电区域的电流密度过大，使得这部分脑组织产生不良反应，从而引起脑组织中神经元与电极界面受到干扰，因此难以获得有效信号，或者施加有效的刺激。这些问题对于神经工程领域的研究来说，是至关重要的，也影响了其进一步的应用。
大量的研究表明，神经营养因子和神经生长因子在神经元的存活、生长、分化、损伤修复、神经再生等过程中起到非常重要的作用。另外一些抗炎药物，抗纤维化因子可以防止损伤细胞周围产生囊性纤维组织。但是目前这些有效的物质还没有用于解决脑机接口微电极中遇到的相关问题。
发明内容
本发明的任务在于解决现有神经工程研究中使用刺激和记录微电极存在的技术缺陷，提供一种可同时输入药物的微电极。
其技术解决方案是：
一种可同时输入药物的微电极，包括若干根电极丝、加注导管、带有印制电路的固定基板、电极前端集中固定片与微型渗透压泵；上述加注导管的管径不超过200μm，加注导管穿过并固定在固定基板的中心点上，加注导管的排液口端穿过电极前端集中固定片的中心点，并与电极前端固定片固定在一起，加注导管的进液口端与微型渗透压泵相连；上述固定基板设置有FFC排线座，所有电极丝穿过并固定在固定基板上，并均衡分布在加注导管的外围，FFC排线座的每一个插头对应一根电极丝，各电极丝通过对应的印制电路引线接入FFC排线座，各电极丝的植入端穿过电极前端集中固定片，并与电极前端固定片固定在一起，所有电极丝的植入端也相应地均衡分布在加注导管排液口端的外围；上述电极前端集中固定片的面积不超过1mm2。
上述固定基板设置有与电极丝数量相同的焊接孔，每个焊接孔焊接一根电极丝，相邻焊接孔之间的距离小于150～200μm。
上述电极丝为设置有一段绝缘层的镍镉合金丝或不锈钢金属丝，直径为18～100μm，各电极的植入端是挺直的，在植入端使用重量配比为1：1的聚乙二醇400与聚乙二醇20000混合物进行涂覆，用以固定其挺直状态。
上述加注导管为不锈钢管。
上述电极丝中包括至少一个接地电极；其余的电极丝为刺激电极和/或记录电极。
上述加注导管的进液口端设置有接口部，微型渗透压泵接入接口部。
本发明具有以下有益技术效果：
本发明具有简单易于实施，通道数目可自由调节，并且能够同时在微电极植入的同时添加释放药物，这些药物可包括神经营养因子等，能够有效地降低电极的长期植入对动物脑组织所带来的损伤。
附图说明
下面结合附图与具体实施方式对本发明作更进一步的说明：
图1为本发明一种实施方式的结构原理示意图。
图2为图1方式中的固定基板部分的仰视结构原理示意图。
图3为图1方式中的电极前端固定片的仰视结构原理示意图。
具体实施方式
结合图1、图2与图3，一种可同时输入药物的微电极，包括若干根电极丝2、加注导管5、带有印制电路的固定基板3、电极前端集中固定片6与微型渗透压泵。上述加注导管优选不锈钢管，其管径以不超过200μm为宜。加注导管穿过并固定在固定基板的中心点上，加注导管的排液口端穿过电极前端集中固定片的中心点，并与电极前端固定片固定在一起，如可采用卫生医疗级别的粘结剂对加注导管进行固定，加注导管的进液口端设置有接口部1，微型渗透压泵接入接口部1，进而实现与加注导管相连。上述渗透压泵可以缓慢地释放药物到所需部位，如选用市售的Alzet Osmotic Pumps泵，它是目前使用较多的体积只有胶囊大小的滲透压泵，可植入实验动物皮下或腹腔内，可以以μl/小时的速度持续准确地输注测试药剂。上述固定基板设置有FFC排线座，所有电极丝穿过并固定在固定基板上，如在固定基板上设置与电极丝数量相同的焊接孔，每个焊接孔焊接一根电极丝，相邻焊接孔之间的距离可小于150μm、165μm、180μm或200μm。所有电极丝均衡分布在加注导管的外围，FFC排线座的每一个插头对应一根电极丝，各电极丝通过对应的印制电路引线接入FFC排线座。各电极丝的植入端穿过电极前端集中固定片，并与电极前端固定片固定在一起，如可采用卫生医疗级别的粘结剂对植入端进行固定，所有电极丝的植入端也相应地均衡分布在加注导管排液口端的外围。
优选地，上述电极前端集中固定片的面积以不超过1mm2为宜。
优选地，上述电极丝为设置有一段绝缘层的镍镉合金丝或不锈钢金属丝，直径为18～100μm，各电极的植入端是拉直的，在植入端使用重量配比为1：1的聚乙二醇400与聚乙二醇20000混合物进行涂覆，用以对拉直状态进行保持。
优选地，上述电极丝中包括至少一个接地电极；其他为刺激电极、记录电极、或刺激记录电极。如果作为刺激电极或刺激记录电极，其直径可达100μm；如果作为记录电极，其直径以18μm左右为宜。
本发明的一种应用情形可大致如下：
由于电极丝较细，在植入脑部位时容易弯曲。因此需要预先对挺直（拉直）状态进行固定。如采用重量份配比1：1的聚乙二醇400与聚乙二醇20000混合物，待其加热到70℃，完全溶解后，涂到电极丝的植入端上，能够固定并保持其挺直状态。
电极定位好进入脑区之前，可先用生理盐水将聚乙二醇混合物溶解，以便暴露约1mm左右电极丝的植入端，待暴露出的电极丝的植入端植入脑内，再用生理盐水溶解少量聚乙二醇混合物进一步暴露约1mm左右电极丝的植入端，直到电极丝的植入端完全植入到设定的脑区。
带电极丝植入端进入设定脑区后，将固定基板用牙科水泥固定于颅骨上。微型渗透压泵通过接口部与加注导管相连。在渗透压泵中放入所需的营养成分（神经营养因子，生长因子）。将其固定于动物皮下。在渗透压泵的作用下，电极丝植入端周围的脑组织可以得到持续不间断的营养物质，防止电极对脑组织造成的损伤。从而完成长期的脑刺激和记录。
上述方式中未述及的有关技术内容采取或借鉴已有技术即可实现。

Claims (6)

1.一种可同时输入药物的微电极，其特征在于包括若干根电极丝、加注导管、带有印制电路的固定基板、电极前端集中固定片与微型渗透压泵；上述加注导管的管径不超过200μm，加注导管穿过并固定在固定基板的中心点上，加注导管的排液口端穿过电极前端集中固定片的中心点，并与电极前端固定片固定在一起，加注导管的进液口端与微型渗透压泵相连；上述固定基板设置有FFC排线座，所有电极丝穿过并固定在固定基板上，并均衡分布在加注导管的外围，FFC排线座的每一个插头对应一根电极丝，各电极丝通过对应的印制电路引线接入FFC排线座，各电极丝的植入端穿过电极前端集中固定片，并与电极前端固定片固定在一起，所有电极丝的植入端也相应地均衡分布在加注导管排液口端的外围；上述电极前端集中固定片的面积不超过1mm2。
2.根据权利要求1所述的可同时输入药物的微电极，其特征在于：上述固定基板设置有与电极丝数量相同的焊接孔，每个焊接孔焊接一根电极丝，相邻焊接孔之间的距离小于150～200μm。
3.根据权利要求1所述的可同时输入药物的微电极，其特征在于：上述电极丝为设置有一段绝缘层的镍镉合金丝或不锈钢金属丝，直径为18～100μm，各电极的植入端是挺直的，在植入端使用重量配比为1：1的聚乙二醇400与聚乙二醇20000混合物进行涂覆，用以固定其挺直状态。
4.根据权利要求1所述的可同时输入药物的微电极，其特征在于：上述加注导管为不锈钢管。
5.根据权利要求1所述的可同时输入药物的微电极，其特征在于：上述电极丝中包括至少一个接地电极；其余的电极丝为刺激电极和/或记录电极。
6.根据权利要求1所述的可同时输入药物的微电极，其特征在于：上述加注导管的进液口端设置有接口部，微型渗透压泵接入接口部。
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