新型生物電極簡介

新型生物電極簡介目錄文獻(xiàn)閱讀報告實(shí)驗(yàn)進(jìn)展后期實(shí)驗(yàn)安排一、文獻(xiàn)閱讀報告文獻(xiàn)1:丘形柔性神經(jīng)微刺激電極陣列實(shí)驗(yàn)采用光敏型聚酰亞胺Durimide7510為微電極基質(zhì)材料，加工中的支撐材料采用單面拋光硅基片。微電極的電學(xué)性能測試采用金屬鉑電極(213型)作為對位電極并采用Ag/AgCl電極(232型)作為參比電極。加工過程：(1)犧牲層:通過熱蒸發(fā)在硅基表面形成約1μm厚的Al金屬層,該Al金屬層將作為犧牲層,用于最后從硅片上釋放微電極(見圖1(a))。(2)底絕緣層:旋涂聚酰亞胺光刻膠制作厚度約5μm的底絕緣層(見圖1(b))。(3)lift-off工藝:旋涂光刻膠AZ4620,制作出種子層、電極導(dǎo)線和焊點(diǎn)的金屬圖形,濺射金屬Ti/Au,厚度分別為10nm和200nm,剝離形成金屬層(見圖1(c))。(5)上絕緣層:旋涂PI制作出厚度約為5μm的上絕緣層(見圖1(d))。(6)電鍍:在金電鍍液中,恒流電鍍,形成丘形電極刺激位點(diǎn)(見圖1(e))。(7)釋放:通過電化學(xué)腐蝕的方法,腐蝕犧牲層Al,將電極從硅片上釋放下來(見圖1(f))。電學(xué)性能測試（三電極系統(tǒng)）：作為植入式器件,為了盡量減小植入損傷,微電極整體尺度應(yīng)盡量小。從幾何形狀來看,刺激位點(diǎn)為凸起結(jié)構(gòu),可使刺激位點(diǎn)更接近靶神經(jīng)細(xì)胞,有利于實(shí)現(xiàn)有效刺激。同時,丘形電極的凸起結(jié)構(gòu)具有圓滑的幾何外形,避免了工作時因電流密度集中于尖銳棱角處導(dǎo)致的電極腐蝕問題。每個電極位點(diǎn)的外形近乎半球形,非常圓滑(如圖b)。每個電極位點(diǎn)直徑約為150μm,高度約為50μm。而且整個電極具有很好的柔性,易于與植入部位的組織相貼合,從而保證電極刺激位點(diǎn)與神經(jīng)組織的良好接觸。本文采用阻抗分析儀對其進(jìn)行了測試,并與同樣大小的平面電極進(jìn)行了對比,結(jié)果如圖所示。

從頻率-阻抗圖可以看出,丘形電極與平面電極在頻率為1kHz時對應(yīng)的阻抗分別是8.59kΩ和43.2kΩ,丘形電極的界面阻抗降低了約4倍(僅為平面電極的20%)。這主要是由于丘形電極具有更大的表面積。

電極位點(diǎn)表面積的增加降低了電極/電解質(zhì)界面的溶液電阻和雙電層容抗,從而減小了其界面阻抗,保證了小信號下的有效刺激。此外,電極位點(diǎn)有效表面積的增加還可以提高電極位點(diǎn)的電荷注入能力,即在相同電流密度的條件下,可以提供更高的刺激電流從而保證有效刺激。文獻(xiàn)2:Micromachinedthree-dimensionalelectrodearraysfortranscutaneousnervetracking濕電極貼附在皮膚的表面，而且需要使用電解凝膠。干電極則不需要進(jìn)行其他的處理因?yàn)槠浯檀┝吮韺悠つw，實(shí)現(xiàn)了低的阻抗通路去記錄神經(jīng)信號。方法1：方法2：a.鉻板上確定針尖位置b.頂部曝光確定主基板C.覆蓋SU-8層d.底部曝光確定針形狀e.繼續(xù)固化f.細(xì)修形狀3D-MEAs制備電極：右圖為原始肌電數(shù)據(jù)：可以看出，相比于標(biāo)準(zhǔn)濕電極，3D-MEAs電極信號強(qiáng)度得到了提升，同樣，噪音信號也增強(qiáng)。兩種電極測試區(qū)域面積比為12.56:1.文獻(xiàn)3:Flexibleandself-adaptiveneuralribbonwiththree-dimensionalelectrodesforsciaticnerverecording

電極的設(shè)計及制作：1、孔：將前部固定在神經(jīng)外膜表面。2、凸起：與神經(jīng)束通信的主體。3、參考電極。(a)PVD沉積1μmAl膜。(b)Al膜上覆蓋5μm光敏性聚酰亞胺層。(c)制備基礎(chǔ)層。(d)涂覆金層(e)涂覆聚酰亞胺層。(f)涂覆SU-8光刻膠。(g、h)采用光刻技術(shù)繪制微針結(jié)構(gòu)。微針上濺射導(dǎo)電金層。(j)從基板上溶解脫離。交流阻抗測試：由圖可以看出，在與生物相關(guān)的頻率為1kHz時，其金電極的阻抗為285.47kΩ。正好是典型的記錄電極阻抗范圍。由圖中可以看出，實(shí)驗(yàn)電極所測得的信號同其他電極所測得的信號大致