论文部分内容阅读
神经电极是一类用于神经元的功能性电刺激或者神经元放电信号检测的微型器件，在神经电生理以及行为生理学研究等方面应用广泛。但基于金、铂等贵金属的电极器件在神经-电极界面处的电荷传递能力有限，因此开发新的材料和电极修饰技术对于提高植入式神经电极性能的长期稳定性十分重要。本文以吲哚衍生物以及聚-3，4-乙烯二氧噻吩(PEDOT)为材料，采用电化学聚合的方法对神经电极进行表面修饰，研究导电聚合物修饰对电极性能的影响。同时研究制备柔性神经微电极器件，以提高电极的长期可用性。主要包括以下内容：
对氨基吲哚、硝基吲哚以及羧基吲哚的电化学聚合行为以及电极修饰能力进行了研究。实验结果显示，聚-5-硝基吲哚的薄膜修饰能够改善电极的性能，修饰后电极在1kHz的阻抗下降到137±12Ω，阴极电荷储存能力(CSCc)增大至1.39±0.19mC/cm2。聚-5-氨基吲哚、聚-6-氨基吲哚、聚-7-氨基吲哚和聚-6-硝基吲哚、聚-7-硝基吲哚修饰后，电极的阻抗值均不同幅度地增加。而聚羧基吲哚由于与金薄膜之间的结合力很弱，不适合用于金电极的表面修饰。
对聚-5-硝基吲哚和PEDOT金电极修饰行为的进一步研究表明，虽然PEDOT修饰后电极在1kHz的阻抗下降到78.5±11Ω，CSCc增大至16.41±1.90mC/cm2，但是聚-5-硝基吲哚修饰后的电极相比于PEDOT表现出了更稳定的电化学性能，并且其与金薄膜有着更强的界面结合力。细胞死活染色的实验显示，SH-SY5Y细胞在薄膜表面的生长状况优于PEDOT组，表明聚-5-硝基吲哚有着更好的生物相容性。因此对于中长期的植入应用而言，聚-5-硝基吲哚相比于PEDOT在神经电极的修饰中有着更大的潜力。
使用CleWin5软件对柔性神经微电极器件的结构进行设计。微电极包括三层结构：底层绝缘支撑层、中间导电层以及顶层绝缘封装层，其中植入部分设计为三角网格结构，微电极设计为直径30μm的圆形，接口部分设计为FPC金手指结构。
通过进一步的光刻、金属沉积和刻蚀等微加工方法制备柔性神经微电极，并对基于光刻胶SU-82000.5和AZ5214E的微加工工艺流程进行了优化，解决了脱胶现象和缺陷的产生。最终得到的微电极形貌和结构良好，并且刻蚀牺牲层从硅片上释放后，表现出了较好的柔性。对微电极进行表面修饰以及电化学性能的测试，结果显示修饰聚-5-硝基吲哚后，微电极的界面电荷传递能力也得到了明显的提升。进一步对柔性电极器件的植入方法进行了研究，并且通过搭建微丝和PEG辅助器件植入的平台，实现了器件与铜丝的复合以及器件于PBS溶液中的再次释放。
对氨基吲哚、硝基吲哚以及羧基吲哚的电化学聚合行为以及电极修饰能力进行了研究。实验结果显示，聚-5-硝基吲哚的薄膜修饰能够改善电极的性能，修饰后电极在1kHz的阻抗下降到137±12Ω，阴极电荷储存能力(CSCc)增大至1.39±0.19mC/cm2。聚-5-氨基吲哚、聚-6-氨基吲哚、聚-7-氨基吲哚和聚-6-硝基吲哚、聚-7-硝基吲哚修饰后，电极的阻抗值均不同幅度地增加。而聚羧基吲哚由于与金薄膜之间的结合力很弱，不适合用于金电极的表面修饰。
对聚-5-硝基吲哚和PEDOT金电极修饰行为的进一步研究表明，虽然PEDOT修饰后电极在1kHz的阻抗下降到78.5±11Ω，CSCc增大至16.41±1.90mC/cm2，但是聚-5-硝基吲哚修饰后的电极相比于PEDOT表现出了更稳定的电化学性能，并且其与金薄膜有着更强的界面结合力。细胞死活染色的实验显示，SH-SY5Y细胞在薄膜表面的生长状况优于PEDOT组，表明聚-5-硝基吲哚有着更好的生物相容性。因此对于中长期的植入应用而言，聚-5-硝基吲哚相比于PEDOT在神经电极的修饰中有着更大的潜力。
使用CleWin5软件对柔性神经微电极器件的结构进行设计。微电极包括三层结构：底层绝缘支撑层、中间导电层以及顶层绝缘封装层，其中植入部分设计为三角网格结构，微电极设计为直径30μm的圆形，接口部分设计为FPC金手指结构。
通过进一步的光刻、金属沉积和刻蚀等微加工方法制备柔性神经微电极，并对基于光刻胶SU-82000.5和AZ5214E的微加工工艺流程进行了优化，解决了脱胶现象和缺陷的产生。最终得到的微电极形貌和结构良好，并且刻蚀牺牲层从硅片上释放后，表现出了较好的柔性。对微电极进行表面修饰以及电化学性能的测试，结果显示修饰聚-5-硝基吲哚后，微电极的界面电荷传递能力也得到了明显的提升。进一步对柔性电极器件的植入方法进行了研究，并且通过搭建微丝和PEG辅助器件植入的平台，实现了器件与铜丝的复合以及器件于PBS溶液中的再次释放。