专利名称:用于电刺激神经结构的具有三维布局的植入物的制作方法图1是根据本发明的植入物的一个示例的透视图;-图2是图1所示植入物的空腔的剖面图;-图3和图4是与图2相似涉及植入物空腔的其它可能实施例的视图;-图5和图6分别示出了以不同维度参数值,通过模拟根据图3和4所示空腔的行为所获得的结果的图形;以及-图7和图8示出了一些参数的干扰对图5和图6所示模拟结果的影响。图1和图2示出根据本发明的植入物的示例性实施例。它包括电绝缘基底1,电绝缘基底的上表面具有空腔2阵列。刺激电极3位于各个空腔2的底 部。在图1和图2所示的示例中,导电层形成不同空腔所共用的返回电极4或者接地面,它基本覆盖空腔2外部基底I的整个上表面。在该导电层4和刺激电极3之间,空腔2具有不含导电材料的侧壁5。在刺激电极3和接地面4之间施加电势差或注入电流,导致电流在位于空腔2内部的介质中传输。空腔2和电极3、4的大小可以调整,从而通过最小化电流在周围介质中的传输,将电场或电流密度聚焦在空腔2中。在图1和图2所示的示例中,空腔2具有被切去顶端的常规倒棱锥形。各个空腔2因此具有平行于基底I上表面的平坦底部。在此示例中,该平坦底部整体被刺激电极3覆 也可设想通过修改初始结构的设计而具有不同形状和轮廓的空腔,例如圆形、三角形、六边形、八边形等。图3和图4示出了其它电极配置,其中空腔的常规几何结构保持与图1和图2的结构相似。 在图3所示的情况下,刺激电极3没有覆盖空腔2的整个底部。它被刺激电极3的边缘和空腔的侧壁5之间的绝缘边沿6环绕。空腔对称轴A和刺激电极3的边缘之间的距离标注为P1,以及刺激电极3的边缘和空腔2的侧壁5之间的距离标注为p2。因此,刺激电极3沿着平行于基底I的平面中的两个垂直方向的大小为2XPl,并且被宽度为P2的绝缘环6环绕。接地面4的导电层部分沿着基底I上表面的平面延伸,在各个空腔周围交叠于宽度P5并与各个空腔的侧壁5交叠,在各个壁5的上部形成宽度为P4的导电带7。空腔2的侧壁5的绝缘部分的宽度,介于导电带7的下端和空腔2的底部之间,标注为P30在图4所示的情况下,所示接地面4具有上述尺寸参数p4和p5,如同图3的情况一样。然而,刺激电极3覆盖空腔2的整个底部,尺寸为2XPl,并且在外围部分中与空腔2的侧壁5交叠。在这种情况下,此外围部分8沿着壁5具有标注为p2的宽度。其次,空腔2的侧壁5的绝缘部分的宽度p3在导电带7的下端和刺激电极3的外围部分8的上端之间进行测量。图1和图2所阐明的示例是图3和图4所示的一种限制情况,其中p2 = P4 = O。植入物意欲应用于活的有机体内并靠着神经组织,使其接地面4所覆盖的上表面面对该组织。空腔2具有向外展开的形状,该形状从空腔的底部向基底I上表面扩展,这一事实有利于神经细胞渗入这些空腔中。作为示例,横向限定空腔2的侧壁5与基底I上表面的平面形成125.3°的角度。换句话说,空腔2的侧壁5的倾斜度为54.7°,这相应于在晶向(100)的晶体硅表面中的优选蚀刻角度。已经对具有根据图3和图4所示剖面的空腔进行了模拟,并认为空腔2的形状具有关于它们的轴A的轴对称性。模拟所使用的物理模型是使用直流导电介质的具有轴对称性的二维模型,且由麦克斯韦方程定义:J=0.EVJ = QQ = -V ( σ.V V),其中:J是电流密度向量,E是电场向量,σ是介质的导电率,Q是电荷以及V是电势。在这些模拟中,下述边界条件受材料和刺激的特性影响。对于形成刺激电极3的各部分(如剖面图所示),电流流向内部,具有对应于电流强度为10 μ A的电流密度,其中该电流密度为该电流强度除以刺激电极的总面积。为了不过高估计选择性,返回电极(或接地面)不能作为理想接地面进行模拟,而能以位于零电势的分布式电阻(导电率为338S/m)进行模拟。除了这些导电部分外,该模型的其它部分都限定为电绝缘体。在矩形域D= [O,O] X [300 μ m,600 μ m]中计算电流密度分布。此域中的电阻率设置为50 Ω.m(退化视网膜中的残余层的电阻率的近似数值,这时感光体不再起作用)。优化电极的几何结构,从而获得该模型的最佳参数,以提供最好的刺激选择性。如果它的参数集在定义为矩形T =半宽(half-width) [O至20 μ m] X空腔中的高度[20 μ m至40μπι]的目标区域中产生最强的电流汇聚,则认为这一电极的几何结构是最优的。考虑到电极和视网膜组织之间的显微组织的薄绝缘层,选择此目标区域的尺寸大致对应于功能目标细胞的位置。在这些模拟中,通过目标区域中电流密度分布的面积分除以此目标区域外电流密度分布的面积分,来量化选择性。出于比较的目的,在平面结构的情况下(相似于图3的配置,但P3 = P4 = O)同样进行优化。表I中示出参数的范围以及在优化中使用的迭代之间的参数增量步长,其中与水平部分(在图3所示的情况下为Ρ1、Ρ2和P5以及在图4所示的情况下为P1和ρ5)相关的数值表示该部分的长度,而与倾斜部分(在图3所示的情况下为P3和P4以及在图4所示的情况下为&、?3和?4)相关的数值表示它们沿着轴A所投射的长度。在下述附加约束的情况下进行优化:(1)对应于有源电极表面的制造掩模的开口必须相互间隔至少5μπι以及(2)空腔深度不超过50 μ m。本发明涉及一种适用于电刺激神经结构特别是视网膜的植入物,它包括电绝缘基底(1),形成于基底上表面中的凹陷(2)阵列,设置在凹陷底部的刺激电极(3),以及形成在凹陷上部的接地面(4)的导电层。植入物的凹陷和电极的大小达到使得施加至神经结构的刺激电流的空间选择性最大化的程度。
用于电刺激神经结构的具有三维布局的植入物制作方法
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