柔性及可降解ECoG电极的研究

发布时间：2020-04-06 04:42

【摘要】：近年来,随着对神经元信号传输机制的深入研究以及对脑部疾病临床解决方案的不断探索,医学上对于神经元信号的检测提出了更高的要求。高灵敏度、高分辨率、高生物兼容性、低损伤、低成本的生物电极的开发成为生物脑电信号研究的要求。而传统的全植入式脑电极虽然有较高的信噪比但是损伤大,植入后生物体产生的急性及慢性炎症反应不仅损伤大脑还会导致电极失效;非植入式检测信号的方式如脑电图(Electroencephalograph,简称EEG)、功能性磁共振成像(Functional Magnetic Resonance Imaging,简称 fMRI)、和脑磁图(Magnetoencephalography,简称MEG)等,虽然不会对大脑造成损伤,但是由于分辨率低,仍然难以满足现代医学对于脑电信号精确检测、疾病诊断甚至疾病治疗提出的要求。而脑皮层电图(Electrocorticography,简称ECoG)电极作为一种全植入非穿刺式用于读取皮质层信号的电极,可以检测到高分辨率的信号,同时对脑部的损伤有限,因此在脑科学研究领域有非常广阔的应用前景。本文提出两种新型ECoG电极阵列——柔性ECoG电极阵列和可降解ECoG电极阵列,并采用微纳加工工艺制备出了两种电极。柔性ECoG电极阵列可以紧密贴合皮质层表面,检测出高分辨率的脑电信号;可降解ECoG电极阵列实现柔性ECoG电极的优点的同时还可以在工作一定时间后被生物体降解,避免电极取出手术可能造成的感染。本文同时运用体外和体内的多种测试方法,验证了电极的优良性能,证明了电极可以检测出高信噪比的ECoG信号,适合临床实验和实际应用特别是癫痫的诊断和检测。具体的研究内容和成果如下:1.获得了成熟、稳定的柔性ECoG电极阵列工艺流程。基于实验室的微纳加工平台研究出一套完整的柔性ECoG电极阵列制备工艺,并制作出性能稳定的高密集型的32通道柔性ECoG电极阵列。电极阵列金属层与衬底和封装层有很好的结合力,体外电化学阻抗测试显示了 32个通道均小于120kΩ,说明该工艺制备的柔性ECoG电极阵列适合进行体内植入。将柔性ECoG电极阵列植入体内进行信号采集,能够在不同位点采集到不同波形,证明电极的柔性使其可以紧密贴合皮质层表面得到清晰的脑电信号,并且高密集型的触点设计保证了电极覆盖范围内各个位置皮层信号的准确采集。2.制备了可降解ECoG电极阵列。根据可降解高分子材料不耐高温,柔性较差,易溶于有机溶剂等特点,提出了针对可降解电子器件的工艺方案。同时比较了三种不同可降解衬底及封装层材料明胶、聚乳酸-羟基乙酸共聚物(poly(lactic-co-glycolic acid),简称PLGA)、左旋聚乳酸与聚已内酯共聚物(L-Iactide-co-ε-caprolactone,简称PLLA/PCL)对可降解电极稳定性的影响,最后P CL/PLL A凭借优良的柔性和可拉伸性能以及相对较好的耐高温性能被用做本研究的衬底与封装层材料。为了验证本研究中可降解电子器件的工艺方案对于制备其他生物电子器件同样适用,在可降解ECoG电极阵列一端设计了颅内压传感器。3.研究了可降解ECoG电极阵列的降解过程,说明了可降解ECoG电极阵列启用后失效时间为5天,满足大部分临床应用的要求;电极的体内测试分别运用大鼠的睡眠模型和癫痫模型,说明电极对于生理信号和病理信号的检测都可以进行精确的检测,可降解ECoG电极阵列适合用于慢性病监测。
【图文】：

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【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：R741.044;TN911.23

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本文编号：2616032