专利名称：神经信号探测/激励的电极、双电极及电极阵列的制作方法神经工程系统对人们揭示神经系统的工作机理以及探索神经疾病治疗和康复的 有效手段具有重要意义，而微电极则是神经工程系统中构成神经_电子接口的最关键的部 件。其主要功能为1)将神经动作和感觉电位信号记录下来进行分析研究，2)利用电信号 激励或抑制神经活动以实现功能性电刺激(functionalelectrical stimulation, FES)。应用于神经-电子接口的微电极的设计根据应用场合而定。为了使微电极能有效 地工作，需要对电极的形式(比如数目、空间密度、电极材料、组织内定位等)进行合理设 计，使其在电学、力学、化学、生物学、热学、磁学和光学等性能方面满足特定需求。本实用新型提出以针灸针作为神经信号探测和激励的电极。针灸是一门古老而神 奇的科学，在我国有两千多年的历史。针具从早期的骨针、竹针发展到后来的铜针和铁针等 金属针。目前，用作针灸针的材料有铜、银、金、不锈钢等。铜针容易锈蚀，弹性、韧性、牢固性 差；金针、银针的传热、导电性优良，但强度、韧性不如不锈钢针。不锈钢针作为临床应用最 普遍的针具，成本低，使用方便，比一般铜针、铁针抗锈蚀，但生物相容性比金针差。此外，目 前用作电针灸治疗的不锈钢针通常就是普通的针灸针，整个针体的金属都是裸露导电的。 因此，针体刺入身体后激发的是一条组织的带，而不是一个特定的位点。也就是说，其选择 性差。这样的针用作生物信号探测，除了选择性差的问题，还存在着干扰信号强因而灵敏度 低的问题。本实用新型以临床常用的不锈钢针灸针作为神经信号探测和激励的电极，通过 对针体的绝缘处理和针尖的镀金处理，解决不锈钢针的生物相容性问题和与生物组织线而 不是单点接触的问题。此外，本实用新型要解决并行双针和同轴探针的技术问题，目的是获得最佳输入 信噪比的神经信号探测和激励电极。本实用新型在临床常用的不锈钢针灸针的基础上，对针灸针进行表面修饰，主要 权利要求涉及针体的绝缘、针尖的改性和抗干扰的双针构造。
3[0011]本实用新型所述的一种神经信号探测/激励的电极阵列，包括相容性较好的高 分子材料或半导体材料基体，在基体并排设有至少2根神经信号探测/激励的电极，所述神 经信号探测/激励的电极包括针体，所述针体为下部的针尖和上部的针柄的针灸针，在针 尖以上、针柄以下的针体上涂有绝缘层；且针尖覆盖有一层生物相容贵金属镀层或导电高 分子镀层。本实用新型所述的一种神经信号激励的双电极，包括神经信号激励的电极和地 线，所述神经信号激励的电极包括针体，所述针体为下部的针尖和上部的针柄的针灸针，在 针尖以上、针柄以下的针体上涂有绝缘层；且针尖覆盖有一层生物相容贵金属镀层或导电 高分子镀层，所述地线设在针柄且与针体并排。本实用新型所述的一种神经信号激励的同轴型双电极，包括神经信号激励的电 极和地线，所述神经信号激励的电极包括针体，所述针体为下部的针尖和上部的针柄的针 灸针，在针尖以上、针柄以下的针体上涂有绝缘层；且针尖覆盖有一层生物相容贵金属镀层 或导电高分子镀层，所述地线呈筒形电极，且筒形电极套设在针体的绝缘层上。与现有技术相比，本实用新型具有以下优点1)用于信号探测时的高灵敏度；2)本实用新型在提高抗干扰能力的同时降低了阈值。针灸电极针尖部分导电，针 体部分采用了绝缘材料，使电极体与生物组织实现了电隔离，能精确激励与探测生物体内 需要激励与探测的部位，阻止了其它不必要的信号，提高了电极的选择性和抗干扰能力。以 未修饰(不锈钢)针灸针、针体绝缘针灸针、针体绝缘，针尖镀金针灸针、针体绝缘，针尖聚 吡咯修饰针灸针四种不同类型的针灸针作为电极进行蟾蜍动物实验，把电极插入动物(蟾 蜍)神经或肌肉，进行信号激励，测得阈值电压如表1所示。从表中可看出，经环氧树脂与 聚酰亚胺复合物绝缘的针灸针由于与生物体接触的导电面积的急剧减少，故阈值电压提高 了，本实用新型再在针尖上采取电化学镀金和修饰聚吡咯处理，降低了阈值电压，得到选择 性和灵敏度高的针灸电极。表1 不同类型针灸针的阈值电压比较针灸针类型阈值电压未修饰(不锈钢针灸针)200mV绝缘针灸针，针尖为不锈钢2200mV绝缘针灸针，针尖镀金修饰170mV绝缘针灸针，针尖聚吡咯修饰180mV3)各个针的高度可根据神经组织在脊髓或神经纤维束内的位置单独进行调整，使 得它们插入神经组织后，能够与特定的位点相接触，以实现最多位点神经信号的探测和激 励。电极阵列形成具有自主性和灵活性。4)螺丝刀头电极和电缆型电极的设计可以使激励电极和用作地线的电极同时植 入到生物体内，以减少对组织的破坏进而降低植入创伤。5)螺丝刀头电极和电缆型电极的设计中，激励电极和地线相隔很近，可以减小刺 激伪迹，提高电极激励时的信噪比。与针灸针本体不锈钢材料相比，金、钼銥合金等贵金属材料与导电聚合物材料修 饰的针灸针作为电极的优点如下[0023]1)在针灸针针尖裸露的电极位点上覆盖一层金、钼銥合金等贵金属，使其电阻抗 降低，且相位延迟较小，有利于神经微电极有效地工作。2)用紫外吸光光度计法对金、聚吡咯、环氧树脂与聚酰亚胺复合物和不锈钢材料 进行蛋白质吸附(白蛋白Alb、免疫球蛋白IgG)实验，实验结果如表1所示，金、聚吡咯、环 氧树脂与聚酰亚胺复合物材料表面吸附的蛋白质层均比不锈钢表面少。吸附的蛋白质层薄 使电极的记录位点与神经细胞能直接、稳定地接触，减少信噪比，有利于接收周围神经元 的电信号。表2 不同材料表面蛋白质吸附量大小比较