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神经微电极专利技术综述 　　摘 要：随着纳米技术、微系统及机械加工技术、微电子技术的发展，人们开始将MEMS技术引入到神经工程领域，通过微加工工艺制作尺寸与神经细胞相当的微电极，其具有体积小、质量轻、功耗低、可批量生产和可集成化等优点，现已在心脏起搏、疼痛抑制、运动、听觉和视觉功能修复等方面得到广泛应用。文章从技术角度详细介绍了神经微电极的总体发展概况、专利技术的发展态势及重点申请人和重点专利技术，以达到帮助审查员把握技术实质、提高检索效率、提升审查质量的目的 关键词：神经微电极；MEMS技术；专利 1 神经微电极技术发展历程 微电极阵列发展始于60多年以前，1952年，Hinke研制成功以玻璃为活性材料的钾离子选择性微电极。1980年Pine[1]等人首次报道从分离培养的神经元上记录到神经信号。该研究同时呈现了细胞内和细胞外神经元活动的记录，从而证明了微电极阵列可用于神经信号的记录，是该领域里程碑性的工作。从此，世界各地研究团队开始着手设计不同类型的微电极阵列，并将之应用到不同类型的神经元电活动研究 得益于微电极的发展，神经科学以及相关的工程研究已成为生命科学的热点领域，特别是脑-机接口和神经假体等。在脑-机接口的研究中，美国Duke大学的Nicolelis[2]研究小组通过在大白鼠脑内植入微丝电极阵列，使其能控制简单的机械臂。Hochberg[3]等将电极植入一个瘫痪病人运动皮质区，成功地实现了对假肢、机械臂的基本动作的操控。在神经假体中，一个成功应用的神经假体装置使人工耳蜗[4]，通过植入体内的人工耳蜗，将外界声音信号编码化为电信号，通过点击刺激耳蜗神经细胞，能够部分地修复听觉 随着微电子技术和微加工能力的进步[5-9]，人们开始将MEMS技术引入到神经工程领域以克服该领域中电极密度小，空间分辨率差，难以实现多通道同时记录或刺激，制作困难等障碍，通过微加工工艺可以很容易制作尺寸与神经细胞相当的微电极，从而可以使电极与单个或少数的神经细胞作用，以获得更可靠的记录结果和更有效的刺激结果 2 神经微电极专利技术分析 2.1 全球神经微电极专利技术的发展 日本松下公司（MATU）于1977年7月21日提出了微电极阵列的申请，将MEMS光刻及选择刻蚀技术应用于电极的制备中，得到微细电极。MEMS工艺的发展奠定了微电极技术发展的基础，并将电极等电学元件趋于小型化。此后，微电极的形式越来越多，其应用也越来越广，由于其表面极小，具有许多常规电极所没有的独特优点，后来被应用于电生理等方面 美国麻省理工大学（MASI）于1979年11月5日，发展了用于监测大脑和肌肉潜能的多电极组件，该微电极包括多个形成在金属基材表面的线性阵列传感元件。上述的多电极组件可有效地降低对大脑的损伤，可以对神经组织的刺激响应进行多点感测 随后，日本科学技术研究院（AGEN）于1981年4月10日提出了一种针形阵列神经微电极，由覆盖由铁磁性金属玻璃管组成，一端针尖状，该微电极用于生物体内，检测神经系统的功能。同期，前苏联莫斯科医学研究所（MOME-R）于1985年11月28日提出了一种多通道玻璃微电极，其增加了固定，可应用于跳动心脏的生物细胞，并具较好的稳定性，同样为一种针形微电极 上述十几年，是神经微电极的起步阶段，申请人主要集中在美国和日本，技术发展主要依赖于各大科研院所的研究。而三维针形微电极阵列因其具有高密度、有序性等独特的优势，进而受到了越来越多的关注。基于上述优点，对于微电极的申请量也逐年稳固增加，微电极相关技术也逐渐成熟 随着材料科学的进步，基底材料的选择成为了人们关注的焦点，是微电极技术发展的关键。微电极阵列在其发展初期阶段多以硅材料或玻璃刚性材料为基底，但由于硅材料的脆性和刚性，当被植入人体运动时，容易导致组织的机械损伤或由于电极移位而失去功能，使其应用受到限制。因此，越来越多的研究者开始采用聚合物作为基底材料制作柔性微电极 在聚合物柔性基底材料得到了极大关注后，人们发现聚合物中parylene不仅具有良好的密封性能和化学性能，还能抵御各种腐蚀性气体的侵害，而且具有优良的机械强度和生物相容性和稳定性。密歇根大学于2006年6月14日提出了一个应用于诊断系统的微电极，该微电极采用了parylene材料作为电极轴，上述系统还具有将流体输送至神经组织的通道，具备了输送药物和电记录等多重功能，提高了器件的集成化 由此，神经微电极无论是从制备技术，形成材料或者功能形态上来讲，都随着MEMS技术以及材料科学的发展，不断进步，制备工艺越来越简单，形成材料从最初的硅基刚性材料到生物相容性更好的柔性材料，神经微电极器件对神经组织的损伤更小，功能更集成化 2.2 重要申请人研发重点分析 神经微电