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人类认知世界所需信息的90%来自于视觉。然而,全球有4500万盲人。发展视觉假体,通过视觉修复技术,有望为盲人开辟一条复明的途径。在视觉假体中,神经电极是外界仪器与神经组织之间的“桥梁”,其性能直接影响神经电刺激或记录的质量及效果。本论文围绕柔性神经微电极开展了较为系统的研究,主要内容如下:
1.系统地介绍了神经微电极的发展历程及研究现状。针对刺激视网膜的具体需求,选定柔性微电极作为论文的主要研究方向。
2.选定聚酰亚胺(Polyimide,PI)聚合物材料为柔性微电极的结构材料,完善了基于聚酰亚胺的MEMS加工工艺参数。
3.针对视网膜刺激的需求,论文设计了一款平面柔性微电极,该微电极具有16通道,单个电极位点为100×100μm2。在平面柔性微电极的制作过程中,提出了一种凹槽结构及阳极电化学腐蚀牺牲层技术。从力学、电学、生物兼容性、动物植入实验等方面对电极进行了测试。
4.从改善微电极的刺激效果入手,论文设计了一款三维凸起电极。该电极的电极位点呈金字塔状,可有效地与目标组织接触。在该电极的制作过程中,论文改进了微模具技术及阳极电化学腐蚀牺牲层技术,此两项技术的结合成功地在三维微结构表面上实现了图形化的金属层。此项技术也可推广到聚合物三维结构表面金属化加工等领域。
5.从改善微电极的空间分辨率入手,论文设计并制作了一款双面电极。采用局部键合技术及牺牲层技术实现了电极薄膜的翻转,通过一种凹槽结构定义双面微电极的外形轮廓。整个工艺流程简易,成品率高。
6.为降低微电极的界面阻抗,论文设计并制作了一种新颖的纳米微电极。该纳米电极的电极位点表面上集成有纳米金柱阵列,有效地将微电极的界面阻抗降低了约25倍。此项工作将促进微电极进一步向微型化方向发展。在该电极的制作过程中,采用了一种局部多孔氧化铝技术,结合电子束蒸发工艺成功地在多孔氧化铝模板内合成了纳米金柱结构。整个工艺流程只需要一次金属沉积、三次光刻,流程简易,通用性强。
目前,神经假体在我国还处在初步发展阶段,相信本论文的研究工作将会促进我国在神经假体及神经工程等方面的发展。