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神经假体是神经工程系统中一个非常活跃且发展迅速的研究领域,植入式神经微电极作为神经假体中的核心部件,其面临的挑战是实现长期稳定可靠的电刺激与神经信号记录。其中,神经微电极与神经细胞之间良好的界面性质,对于神经假体的长期临床应用至关重要。为改善神经微电极与神经细胞的界面性质,本论文针对导电聚合物包被的柔性神经微电极的生物相容性开展研究工作,主要内容包括:
首先,概述神经微电极发展历程及其生物相容性的研究现状,分析临床中长期植入式神经微电极的关键问题(生物相容性问题),确定以导电聚合物包被的柔性神经微电极来改善神经微电极的生物相容性作为本论文的主要方向。
其次,针对硅基底电极容易造成神经组织的严重创伤问题,开展以聚酰亚胺聚合物为基底结构材料制备柔性神经微电极的研究,制备工艺仅需两次光刻与两次金属沉积,简单实用;同时开展细胞图形化结构设计,实现对少量或单个细胞的刺激和研究,此方法与原有电极制备工艺兼容,可以同步实现。
随后,针对微型化电极电化学阻抗较高的问题,采用导电聚合物进行电极位点包被,以获取较低阻抗界面,改善神经微电极的界面性质,使其阻抗降低至原来的1/20(@1KHz),电荷注入能力提高约100倍,达到植入式微电极的基本性能要求。
最后,开展电极材料的急性细胞毒性试验、电极位点表面(导电聚合物包被与否)细胞的粘附增殖试验以及微电极的连续电刺激实验,以此综合评价导电聚合物包被的柔性神经微电极的生物相容性。实验表明,导电聚合物包被的柔性微电极上的细胞生长状态良好,与未包被柔性微电极相比,细胞粘附率与存活率明显改善;连续刺激2小时,导电聚合物包被的微电极电学性能稳定。
本论文研究工作通过导电聚合物包被的柔性微电极来改善神经微电极的界面性质,满足了临床应用对植入式微电极的基本性能要求。这将会促进神经微电极进一步向微型化方向发展,并促进神经假体在临床上的应用。