一種具有球面弧形襯底的視網(wǎng)膜假體的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種具有球面弧形襯底的視網(wǎng)膜假體，包括微電極陣列、微電極陣列引出線部分和外加電刺激引入部分，其主要技術(shù)特點(diǎn)是：所述微電極陣列為球面弧形視網(wǎng)膜表面微電極陣列。本發(fā)明采用球面弧形視網(wǎng)膜表面微電極陣列使得視網(wǎng)膜中心位置與視網(wǎng)膜表面較好地貼合在一起，而微電極設(shè)置在球面弧形的凸面上，可使微電極有效地接觸視網(wǎng)膜表面，從而提高電刺激效率，減小視網(wǎng)膜表面微電極陣列的刺激電流，延長了微電極陣列的使用時(shí)間，有效地保護(hù)了視網(wǎng)膜，同時(shí)，采用具有生物相容性的球面弧形聚氯代二甲苯材料作為柔性襯底，便于電極陣列的制造與植入。
【專利說明】一種具有球面弧形襯底的視網(wǎng)膜假體
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于視覺假體【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其是一種具有球面弧形襯底的視網(wǎng)膜假體。
【背景技術(shù)】
[0002]視網(wǎng)膜假體(Retinal Prothesis)是針對特定的視網(wǎng)膜病變,將微電極陣列植入視網(wǎng)膜，刺激尚存的視桿細(xì)胞和視錐細(xì)胞，使光信息在大腦形成。老年性黃斑變性(AMD)和視網(wǎng)膜色素變性(RP)視錐細(xì)胞和視桿細(xì)胞發(fā)生不同程度的退化，造成視力減退或失明；然而，視神經(jīng)卻沒有受到損壞，仍然可以將視網(wǎng)膜的電信號傳輸給大腦。視覺假體的原理是將光信號編碼為電刺激信號，然后由視網(wǎng)膜微電極陣列將電信號施加到視網(wǎng)膜，通過刺激視網(wǎng)膜尚未損毀的視覺細(xì)胞，引起電響應(yīng)信號部分，電響應(yīng)信號通過視神經(jīng)傳出到大腦皮層，在大腦皮層建立視覺重建，由此可以使患者的視力得到改善或恢復(fù)。
[0003]在視網(wǎng)假體的關(guān)鍵部件微電極陣列的設(shè)計(jì)制作中，不僅要考慮材料的生物相容性，盡可能提高視覺圖像的分辨率，還需要考慮微電極陣列能否與視網(wǎng)膜表面無損傷地有效接觸、電刺激的有效性和植入電極陣列的使用時(shí)間。
[0004]現(xiàn)有的視網(wǎng)膜電極主流設(shè)計(jì)是平板形狀，盡管采用柔性材料作為電極陣列的襯底，在微電極陣列植入過程中和微電極陣列植入視網(wǎng)膜以后，電極陣列的邊緣仍然會對視網(wǎng)膜造成損傷。由于視網(wǎng)膜本身非常脆弱，尤其視網(wǎng)膜神經(jīng)元對壓力非常敏感，即使不太強(qiáng)的眼壓維持比較長的時(shí)間，視神經(jīng)元也會凋亡。此外，視網(wǎng)膜如果發(fā)生穿孔或牽拉，會從下層的眼組織脫落，最終失去視覺功能。Byers等人1990年嘗試將制作成凸起微電極的“釘電極陣列”植入視網(wǎng)膜組織，通過連接的帶有電路放大系統(tǒng)分析產(chǎn)生的電信號，結(jié)果顯示這種穿透電極由于損壞了視網(wǎng)膜組織而無法為在大腦皮層產(chǎn)生光信號。因此，在設(shè)計(jì)視覺假體中的微電極陣列附件時(shí)，要考慮植入過程和植入固定后由于接觸壓力對視網(wǎng)膜可能造成的損傷。
`[0005]Hossein Ameri, Mark Humayun等人于2007年提出一種多段結(jié)構(gòu)的大視野、立體視網(wǎng)膜微電極陣列，該陣列由中心區(qū)和外周兩個(gè)半圓環(huán)連接而成，在植入過程中，需要將三段分別植入視網(wǎng)膜，再將三段結(jié)構(gòu)拼接成有一個(gè)圓形底的“碗”狀球面立體電極陣列。雖然該陣列可以提供較大的空間視野，但是，其結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，電極陣列的制作、植入和植入后的拼接、固定難度都較大。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種結(jié)構(gòu)簡單、植入方便、不傷害視網(wǎng)膜且能夠有效提高微電極刺激效率的具有球面弧形襯底的視網(wǎng)膜假體。
[0007]本發(fā)明解決現(xiàn)有的技術(shù)問題是采取以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:
[0008]一種具有球面弧形襯底的視網(wǎng)膜假體，包括微電極陣列、微電極陣列引出線部分和外加電刺激引入部分，所述微電極陣列為球面弧形視網(wǎng)膜表面微電極陣列。
[0009]而且，所述的球面弧形視網(wǎng)膜表面微電極陣列包括與視網(wǎng)膜弧度接近的柔性襯底和安裝在柔性襯底的球面弧形凸起面上的微電極，在微電極兩側(cè)的柔性襯底上制有固定孔。
[0010]而且，所述的柔性襯底為圓邊長方形或圓邊正方形。
[0011]而且，所述的微電極陣列引出線部分是在柔性襯底上嵌入細(xì)微金屬線，該細(xì)微金屬線兩端分別與微電極陣列上的微電極及外加電刺激引入部分上的金屬點(diǎn)陣相連接。
[0012]而且，所述的微電極陣列引出線部分為單層分布結(jié)構(gòu)、雙層分布結(jié)構(gòu)或多層分布結(jié)構(gòu)，所述細(xì)微金屬線之間的間距不小于40 μ m。
[0013]而且，所述的外加電刺激引入部分是在柔性襯底上安裝金屬點(diǎn)陣，所述的金屬點(diǎn)陣分別與微電極陣列引出線部分的微細(xì)金屬線及外部電刺激信號相連接。
[0014]而且，所述的微電極陣列、微電極陣列引出線部分和外加電刺激引入部分一體制成，整體厚度不大于20 μ m。
[0015]而且，所述的柔性襯底采用具有生物相容性的聚氯代二甲苯材料制成。
[0016]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和積極效果是:
[0017]1、本發(fā)明采用球面弧形視網(wǎng)膜表面微電極陣列使得視網(wǎng)膜中心位置與視網(wǎng)膜表面較好地貼合在一起，而微電極設(shè)置在球面弧形的凸面上，可使微電極有效地接觸視網(wǎng)膜表面，從而提高電刺激效率，減小視網(wǎng)膜表面微電極陣列的刺激電流，有效地保護(hù)視網(wǎng)膜。
[0018]2、本發(fā)明采用具有生物相容性的球面弧形聚氯代二甲苯(parylene)材料作為柔性襯底，在電極植入時(shí)，可以保證手術(shù)切口較小，減小手術(shù)損傷。
[0019]3、本發(fā)明采用類圓形邊緣的微電極陣列，在微電極陣列植入后，不會使邊緣壓力集中，可以有效地保護(hù)視網(wǎng)膜及表層下面的視神經(jīng)元，可以延長微電極陣列的使用時(shí)間，進(jìn)而更有效地完成視覺恢復(fù)功能。
[0020]4、本發(fā)明設(shè)計(jì)合理，在微電極陣列植入視網(wǎng)膜過程中和植入視網(wǎng)膜后，可以與視網(wǎng)膜形成更緊密的接觸，提高微電極的刺激效率，延長微電極陣列的使用時(shí)間，同時(shí)，微電極陣列的襯底采用模具成型的工藝，不會增加微電極陣列加工的難度。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0021]圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0022]圖2a為弧形球面視網(wǎng)膜電極陣列的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0023]圖2b為圖2a的水平方向剖視圖；
[0024]圖2c為圖2a的垂直方向剖視圖；
[0025]圖3為球面弧形視網(wǎng)膜表面微電極陣列的弧度計(jì)算示意圖；
[0026]圖4a為平面電極陣列植入后的狀態(tài)示意圖；
[0027]圖4b為球形弧面視網(wǎng)膜電極陣列植入后的狀態(tài)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0028]以下結(jié)合附圖對本發(fā)明實(shí)施例做進(jìn)一步詳述。
[0029]一種具有球面弧形襯底的視網(wǎng)膜假體，如圖1所示，包括植入視網(wǎng)膜的微電極陣列1、微電極陣列引出線部分2和外加電刺激引入部分3，上述三部分可以一體制成，其整體厚度不大于20 μ m。 所述植入視網(wǎng)膜的微電極陣列為球面弧形視網(wǎng)膜表面微電極陣列，該電極陣列是在具有生物相容性的球面弧形聚氯代二甲苯(parylene)襯底上以不同排列方式安裝的微電極陣列，每個(gè)電極點(diǎn)有一根引出線，該球面弧形視網(wǎng)膜表面微電極陣列可以被植入視網(wǎng)膜，來自外部的電刺激信號通過微電極陣列作用于視網(wǎng)膜上視錐細(xì)胞和視桿細(xì)胞。所述的微電極陣列引出線部分是在具有生物相容性的聚氯代二甲苯(parylene)襯底上嵌入細(xì)微金屬線，分別與植入視網(wǎng)膜的微電極陣列的相應(yīng)電極點(diǎn)相連，其作用是將微電極陣列上的電極點(diǎn)引出并與外加電刺激點(diǎn)引入部分相連接，微電極陣列引出線部分可以為沿引出帶的單層分布，也可以雙層分布或多層分布，引線之間間距不小于40 μ m。所述的外加電刺激引入部分是在柔性襯底上設(shè)置金屬點(diǎn)陣，上述金屬點(diǎn)陣分別與微電極陣列引出線部分的微細(xì)金屬線相連，外部施加的電刺激信號直接作用在外加電刺激引入部分，通過電極陣列引出部分傳導(dǎo)到植入視網(wǎng)膜的微電極陣列，從而將電刺激作用到視網(wǎng)膜上。
[0030]如圖2a、圖2b及圖2c所示，植入視網(wǎng)膜的微電極陣列包括柔性襯底4和嵌裝在柔性襯底上的微電極5,柔性襯底為聚氯代二甲苯(parylene)材料制作成與視網(wǎng)膜弧度接近的柔性襯底，其形狀為類橢圓形，將微電極設(shè)置在球面弧形的凸起面并嵌在襯底上。如圖2a所示的圓邊長方形的微電極陣列可以在水平方向提供較寬的視野，也可以將微電極陣列設(shè)計(jì)成圓邊正方形，微電極陣列在水平方向和垂直方向具有相同的視野。從圖2b、圖2c所示的微電極陣列剖視圖可以看出，微電極設(shè)置在球面弧形的凸起面，微電極陣列植入時(shí)，球面弧形的凸起面與視網(wǎng)膜內(nèi)表面接觸。在微電極兩側(cè)的柔性襯底上制有固定孔6，在微電極陣列植入過程中，固定孔可以起到定位點(diǎn)的作用；在微電極陣列植入視網(wǎng)膜后，以視網(wǎng)膜固定釘將微電極陣列固定到視網(wǎng)膜表面。
[0031]圖3給出了球面弧形視網(wǎng)膜表面微電極陣列的弧度計(jì)算示意圖。正常成年人眼球呈長球體，前后徑平均值為24mm，垂直徑平均值為23mm。假設(shè)球面弧形電極為圓邊長方形，其橫向長徑為5mm，縱向短徑為4_，則由弧度公式計(jì)算:弧度=弧長/半徑，取眼球直徑為24mm計(jì)算，則橫向弧度為=5/12=0.4，縱向弧度:4/12=0.33。如果球面弧形電極設(shè)計(jì)為圓邊正方形，則橫向弧度和縱向弧度均為0.4。在制作parylene模板時(shí),將模板制作成4mmx5mm或5x5mm,帶有上述弧度的凸形，并在凸形的上面進(jìn)行金屬電極制作。在植入視網(wǎng)膜時(shí)，面弧形視網(wǎng)膜表面微電極陣列可以覆蓋長方形(或正方形)圓邊的弧面面積為4x5_2或 5x5mm2。
[0032]圖4a和圖4b分別給出平面電極陣列植入視網(wǎng)膜表面和球面弧形視網(wǎng)膜表面微電極陣列植入視網(wǎng)膜表面的對比示意圖。從圖4a可以看出，在長方形(或正方形)平面電極陣列植入后，電極陣列表面不能完全與視網(wǎng)膜表面接觸，并且，微電極陣列邊緣會對視網(wǎng)膜表面產(chǎn)生集中的壓力，這種壓力長期作用的結(jié)果，會導(dǎo)致視網(wǎng)膜視神經(jīng)元損傷或凋亡，致使電刺激不能引起視神經(jīng)元的響應(yīng)，達(dá)不到視覺修`復(fù)的效果。而從圖4b可以看出，球面弧形視網(wǎng)膜表面微電極陣列可以與視網(wǎng)膜表面很好地貼合，凸面的微電極刺激點(diǎn)可以與視網(wǎng)膜表面很好接觸，可以使得電刺激效率得到提高，同時(shí)圓形結(jié)構(gòu)的電極陣列邊緣也不會對視網(wǎng)膜表面形成較大的壓力，可以很好地保護(hù)視網(wǎng)膜及其表層下面的視神經(jīng)元。
[0033]需要強(qiáng)調(diào)的是，本發(fā)明所述的實(shí)施例是說明性的，而不是限定性的，因此本發(fā)明包括并不限于【具體實(shí)施方式】中所述的實(shí)施例，凡是由本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)方案得出的其他實(shí)施方式，同樣屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種具有球面弧形襯底的視網(wǎng)膜假體，包括微電極陣列、微電極陣列引出線部分和外加電刺激引入部分，其特征在于:所述微電極陣列為球面弧形視網(wǎng)膜表面微電極陣列。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種具有球面弧形襯底的視網(wǎng)膜假體，其特征在于:所述的球面弧形視網(wǎng)膜表面微電極陣列包括與視網(wǎng)膜弧度接近的柔性襯底和安裝在柔性襯底的球面弧形凸起面上的微電極，在微電極兩側(cè)的柔性襯底上制有固定孔。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種具有球面弧形襯底的視網(wǎng)膜假體，其特征在于:所述的柔性襯底為圓邊長方形或圓邊正方形。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種具有球面弧形襯底的視網(wǎng)膜假體，其特征在于:所述的微電極陣列引出線部分是在柔性襯底上嵌入細(xì)微金屬線，該細(xì)微金屬線兩端分別與微電極陣列上的微電極及外加電刺激引入部分上的金屬點(diǎn)陣相連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種具有球面弧形襯底的視網(wǎng)膜假體，其特征在于:所述的微電極陣列引出線部分為單層分布結(jié)構(gòu)、雙層分布結(jié)構(gòu)或多層分布結(jié)構(gòu)，所述細(xì)微金屬線之間的間距不小于40 μ m。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種具有球面弧形襯底的視網(wǎng)膜假體，其特征在于:所述的外加電刺激引入部分是在柔性襯底上安裝金屬點(diǎn)陣，所述的金屬點(diǎn)陣分別與微電極陣列引出線部分的微細(xì)金屬線及外部電刺激信號相連接。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至6任一項(xiàng)所述的一種具有球面弧形襯底的視網(wǎng)膜假體，其特征在于:所述的微電極陣列、微電極陣列引出線部分和外加電刺激引入部分一體制成，整體厚度不大于20 μ m。
8.根據(jù)權(quán)利要求2至6任一項(xiàng)所述的一種具有球面弧形襯底的視網(wǎng)膜假體，其特征在于:所述的柔性襯底采用具有生物相容`性的聚氯代二甲苯材料制成。
【文檔編號】A61N1/36GK103690300SQ201310726578
【公開日】2014年4月2日 申請日期:2013年12月19日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月19日
【發(fā)明者】謝小波, 崔紅巖, 徐圣普, 胡勇, 馮莉 申請人:中國醫(yī)學(xué)科學(xué)院生物醫(yī)學(xué)工程研究所