辅助柔性神经电极植入的T形截面涂层的优化设计

许李悦,张文光,贺雨欣,周旭晖

(上海交通大学机械系统与振动国家重点实验室,200240,上海)

脑部植入式神经电极是对大脑进行研究和神经疾病治疗的重要手段[1]。传统的脑部植入式神经电极多采用硅等刚性材料制成[2]。由于大脑存在微动,刚性材料与大脑之间的力学失配会导致植入电极周围脑组织炎症反应增加、神经元密度下降,并产生胶质瘢痕对电极形成包裹,使电极的电信号记录能力下降[3-4]。

使用柔性材料替代刚性材料作为电极基底已被证明可以减少这些不良反应[5],但由于柔性电极的基底材料杨氏模量较小,且形状细长,极易在植入大脑的过程中发生屈曲[6],因此一般都采用辅助手段临时增加电极的强度来实现柔性电极的植入。一种常用的方法是采用刚性的辅助工具暂时与电极相连,在植入后再将工具回撤[7-8],但这种方法容易导致电极植入后定位的不准确[9]。

另一种方法是使用生物可溶性材料如聚乙二醇(PEG)[10]、丝蛋白[11]、葡聚糖[12]等作为涂层,临时增强柔性电极的刚度,植入到指定位置后,生物可溶性涂层能在一定时间内在脑组织和体液中溶解并降解,使电极恢复柔性[13]。这种方法不存在回撤的问题,且制作加工较为方便灵活。常用的涂层制作方法有浸涂法[14]和模具注塑法[11],其中浸涂法无法较好地控制涂层尺寸,且表面精度较差,结构粗糙[15],容易对脑组织产生更大的损伤。本文采用改进的模具注塑法制造涂层,可以较好地控制涂层的形状、尺寸及表面精度。……