一种高通量高存储的双向多柄柔性电刺激电极及

本发明涉及脑机接口，特别涉及一种高通量高存储的双向多柄柔性电刺激电极及方法。背景技术：1、脑机接口是了解大脑神经信息处理过程的重要途经也是重大脑疾病治疗的潜在手段。特别是电刺激技术，可能是许多重大脑疾病潜在的治疗手段。电刺激技术被认为是能够通过神经网络被动激活或者抑制，或者使da等神经递质的传递增强或减弱，从而缓解脑疾病症状。如阿尔茨海默症，癫痫，帕金森疾病等。然而，目前的电刺激技术，比如脑深部电刺激dbs，经颅电刺激tes，经颅磁刺激tms，它们虽然能够实现一定程度的靶向调控，但它们无法直接证明电刺激与电化学神经递质之间的具体联系。所以迫切需要一款，能够实现电刺激调控与原位电生理电化学检测同步的多柄柔性神经和电刺激方案。在电刺激技术中，强电荷存储能力和大双电层电容是保证电极安全和周围组织完好的必要参数，所以急需一款能够达到安全有效且适合的电刺激修饰方案。另外，传统的电刺激方案如果是延长刺激时间，容易造成刺激耐受，所以，需要有一种能够保证电刺激效果的方案。技术实现思路1、鉴于对脑机接口电极的现有需求，本发明所要解决的技术问题，一实现电刺激下电生理电化学的同步检测，二实现原位电刺激调控，三开发合理的电刺激方案。2、本发明提出一种高通量高存储的双向多柄柔性电刺激电极及方法。具体如下：3、一种高通量高存储的双向多柄柔性电刺激电极，电刺激电极包括位于一端的柔性电极柄和位于另一端的焊盘，柔性电极柄上设置电刺激调控位点和电生理电化学检测位点，电刺激调控位点和电生理电化学检测位点与焊盘一一对应，通过引线相连，通过电刺激调控位点和电生理电化学检测位点实现电刺激调控与原位电生理电化学同步检测；电刺激电极设置为2组及2组以上形成双向多柄结构，不同的柔性电极柄单次单根植入或单次多根植入。4、进一步地，多柄柔性神经电极的检测通量大于64个检测位点，包括2根及2根以上的柔性电极柄，不同柔性电极柄可以单次单根植入，也可以单次多根植入。5、进一步地，多柄柔性神经电极的电极柄可以完全分立，也可以部分联结，联结处实现刚性梭的单次多柄带入；其中不同的柔性电极柄植入后用于检测或调控相同脑区的不同位置或者不同脑区；柔性基底采用聚酰亚胺pi，聚对二甲苯parylene，聚对苯二甲酸乙二醇酯pet和聚二甲基硅氧烷pdms中的一种或多种。6、进一步地，电生理电化学检测位点包括电生理检测位点和电化学检测位点，两种位点在不同的电极柄上分别或者同时实现。7、进一步地，电刺激调控位点分布在电极最外围，包括同心外环的刺激输入位点和同心内环的接地位点；电生理电化学检测位点在被电刺激刺激双同心圆环位点所包围；所述的同心双环电刺激调控位点包括200-800 μm直径的外环作为电刺激输入位点，50-700 μm直径的内环接地。8、进一步地，电刺激调控位点的修饰方法在于，采用铂黑纳米颗粒ptnps /聚(3,4-乙烯二氧噻吩):聚苯乙烯磺酸盐pedot:pss /聚吡咯ppy /多壁碳纳米管mwcnts 的修饰方法，采用以下步骤：9、步骤(1)，ptnps修饰；ptnps溶液包括10-50 mm h2ptcl6和1-10 mm pb(ch3coo)2以1:1的比例混合，然后通过计时安培法使用双电极系统在0~-1.2 v电位下电沉积30-90 s；10、步骤(2)，pedot:pss/mwcnts复合修饰；将5-20 mg mwcnts溶解在15-60 ml ddh2o中，超声处理30分钟，并与0.1-0.5 m pss结合，超声30分钟后，加入10-60 mm edot，继续超声，直到达到完全均匀，在0-0.95 v的电位范围内使用循环伏安法进行电沉积，扫描速率为100 mv/s，进行5-10个周期。11、步骤(3)，ppy/mwcnts复合修饰；在0-0.3 v的电压范围内，以100 mv/s的扫描速率进行1-5个周期的扫描，将微电极与ppy/mwcnts胶体电沉积。12、进一步地，电生理电化学检测位点采用铂黑纳米颗粒/pedot:pss/mwcnts的修饰方法，采用以下步骤：13、步骤(1)，ptnps修饰。ptnps溶液包括10-50 mm h2ptcl6和1-5 mm pb(ch3coo)2以1:1的比例混合，然后通过计时安培法(it)使用双电极系统在0~-1.2 v电位下电沉积30-90s。14、步骤(2)，pedot：pss/mwcnts复合修饰。将5-20 mg mwcnts溶解在15-60 ml ddh2o中，超声处理30分钟，并与0.1-0.5m pss结合。超声30分钟后，加入10-60 mm edot，继续超声，直到达到完全均匀。在0-0.95 v的电位范围内使用循环伏安法进行电沉积，扫描速率为100 mv/s，进行5-10个周期。15、步骤(3)，nafion涂覆：用移液器将5-20 μl的nafion反复滴至电极部位3次。随后，电极在灯下烘烤20分钟，经过12小时的nafion薄膜稳定。16、进一步地，所述少量多次的电刺激方法中，单次电刺激10s-10 min，单次电刺激结束后休息5-30 min，多次电刺激，使电刺激的总时长达到30min以上；电刺激采用双相电流刺激的方式，电流幅值范围为50-500 μa，脉宽为10-100 μs。17、本发明提出的植入式电刺激调控与原位电生理电化学检测同步的多柄柔性神经电极和电刺激方案，具有如下有益效果：18、1) 实现电刺激下的电生理电化学的同步检测；19、2) 实现原位电刺激调控；20、3) 合理的电刺激方案。而且该方法制备的电极在电刺激方面具有强电荷存储能力和大双电层电容；在电生理监测方面具有低阻抗和小相位延迟；在电化学检测方面可实现高灵敏度、低检测限，高特异性的多巴胺水平检测。总体来说，该方法制备的双向多柄柔性神经电极可实现高效的电刺激调控和同步电生理电化学检测。技术特征：1.一种高通量高存储的双向多柄柔性电刺激电极，其特征在于：电刺激电极包括位于一端的柔性电极柄和位于另一端的焊盘，柔性电极柄上设置电刺激调控位点和电生理电化学检测位点，电刺激调控位点和电生理电化学检测位点与焊盘一一对应，通过引线相连，通过电刺激调控位点和电生理电化学检测位点实现电刺激调控与原位电生理电化学同步检测；电刺激电极设置为2组及2组以上形成双向多柄结构，不同的柔性电极柄单次单根植入或单次多根植入，双向多柄柔性电刺激电极的检测通量设置为大于64个检测位点。2.根据权利要求1所述的电极，其特征在于，2组及2组以上电刺激电极之间并行且柔性电极柄完全分立设置，每个柔性电极柄前端设置孔洞用于穿入刚性梭。3.根据权利要求1所述的电极，其特征在于，2组及2组以上电刺激电极之间相对设置，2个或2个以上的柔性电极柄前端联结处设置孔洞实现刚性梭的单次多柄带入。4.根据权利要求2或3所述的电极，其特征在于，不同的柔性电极柄植入后用于检测或调控相同脑区的不同位置或者不同脑区；2组及2组以上电刺激电极位于柔性基底上，柔性基底采用聚酰亚胺pi，聚对二甲苯parylene，聚对苯二甲酸乙二醇酯pet和聚二甲基硅氧烷pdms中的一种或多种。5.根据权利要求1所述的电极，其特征在于，电生理电化学同步检测位点包括电化学检测位点和电生理检测位点；电生理检测位点设置为至少1个，且直径为1μm以上40μm以下；电化学检测位点设置为至少1个，且直径为10μm以上，电化学检测位点和电生理检测位点在不同的电极柄上分别或者同时实现。6.根据权利要求1所述的电极，其特征在于：电刺激调控位点分布在电极最外围，包括同心设置的内环和外环，外环作为电刺激输入位点，内环用于连接接地位点；电生理电化学检测位点位于内环内侧，被外环内环所包围；外环直径为200-800 μm，内环直径为50-700 μm。7.根据权利要求1所述的电极，其特征在于，电刺激调控位点的修饰方法在于，采用铂黑纳米颗粒ptnps /聚3,4-乙烯二氧噻吩:聚苯乙烯磺酸盐pedot:pss /聚吡咯ppy /多壁碳纳米管mwcnts 的修饰方法，采用以下步骤：8.根据权利要求1所述的电极，其特征在于，电生理电化学检测位点采用铂黑纳米颗粒ptnps/聚3,4-乙烯二氧噻吩：聚苯乙烯磺酸盐pedot:pss/多壁碳纳米管mwcnts的修饰方法，采用以下步骤：9.一种权利要求1所述的多柄柔性电刺激电极采用的电刺激方法，其特征在于，所述方法为：单次电刺激10s-10min，单次电刺激结束后休息5-30min,多次电刺激，使电刺激的总时长达到30min以上；电刺激采用双相电流刺激的方式，电流幅值范围为50-500μa，脉宽为10-100μs。技术总结本发明涉及一种高通量高存储的双向多柄柔性电刺激电极及方法。在不同电极柄上分别或者同时实现包括铂黑纳米颗粒/PEDOT:PSS/PPy/MWCNTs修饰的电刺激调控位点和铂黑纳米颗粒/PEDOT:PSS/MWCNTs修饰的电生理和电化学检测位点；电刺激调控位点的修饰方案包括铂黑纳米颗粒，PEDOT:PSS/MWCNTs，PPy/MWCNTs的分别单独修饰；电生理和电化学位点的修饰方案包括黑纳米颗粒，PEDOT:PSS/MWCNTs的分别修饰。该方法制备的双向多柄柔性神经电极可实现高效的电刺激调控和同步电生理电化学检测。技术研发人员：吕诗雅,蔡新霞,宋轶琳,刘瑶瑶,王明川,张司羽,王欣怡,江龙辉,刘裕,曹瀚文受保护的技术使用者：中国科学院空天信息创新研究院技术研发日：技术公布日：2024/8/16