面向脑机接口的柔性针尖微电极阵列

脑科学,人机接口,研究 

微电极阵列作为脑机接口的“联络员”，其性能直接决定脑机接口的稳定性和可靠性。《面向脑机接口的柔性针尖微电极阵列》系统概括国内外神经微电极阵列的研究进展，分析神经微电极阵列的关键属性，详细介绍三种神经电极阵列，分别是空心针尖神经电极阵列，基于SOI的三维神经电极阵列，基于硅玻璃键合片的三维针尖电极阵列，其柔性衬底能贴合组织自然曲面，针尖能改善电刺激和记录效果，以满足脑机接口需求。

目录
前言
第1章 绪论 1
1.1 脑机接口 1
1.2 植入式神经电极 4
1.2.1 深脑刺激 4
1.2.2 运动康复 5
1.2.3 人工耳蜗 7
1.2.4 视觉修复 9
1.3 EEG信号记录电极 11
1.4 本章小结 15
第2章 电极关键属性 16
2.1 电极界面阻抗 16
2.1.1 电极-溶液界面阻抗模型 16
2.1.2 对电刺激的影响 17
2.1.3 对电记录的影响 17
2.2 电荷注入量 17
2.3 电极表面修饰 18
2.4 柔性衬底与针尖 21
2.4.1 柔性衬底 21
2.4.2 刚性针尖 25
2.4.3 柔性衬底上的针尖 29
2.5 柔性材料与针尖材料 34
2.6 柔性衬底三维针尖 36
2.7 本章小结 37
第3章 空心针尖神经电极阵列 38
3.1 引言 38
3.2 加工与制备 38
3.2.1 材料选取 38
3.2.2 流程设计 39
3.2.3 硅模具的制备 40
3.2.4 金属图形化 43
3.2.5 派瑞林转移工艺 46
3.2.6 芯片加工结果 48
3.3 阻抗测试 50
3.4 活体测试结果 51
3.4.1 脉络膜下芯片植入 51
3.4.2 芯片生物兼容性 53
3.4.3 植入后电极形貌表征 54
3.4.4 活体中电极阻抗 55
3.4.5 电生理测试 55
3.5 本章小结 57
第4章 基于SOI的三维神经电极阵列 58
4.1 引言 58
4.2 加工与制备 58
4.2.1 流程设计 58
4.2.2 硅针尖阵列的制备 60
4.2.3 芯片加工结果 64
4.3 阻抗测试 65
4.4 针尖机械性能 66
4.4.1 纳米压痕实验 66
4.4.2 针尖受力-形变 67
4.4.3 刺入组织实验 69
4.5 本章小结 71
第5章 基于硅玻璃键合片的三维电极阵列 72
5.1 引言 72
5.2 加工与制备 72
5.2.1 流程设计 72
5.2.2 KOH腐蚀-划片-KOH腐蚀仿真 75
5.2.3 KOH凸角腐蚀分析 76
5.2.4 针尖阵列工艺 79
5.2.5 高台阶的金属图形化 87
5.2.6 派瑞林图形化 92
5.2.7 芯片加工结果 93
5.3 特征表征 94
5.3.1 阻抗性能 94
5.3.2 透皮实验 96
5.4 在EEG信号记录中的应用 96
5.4.1 EEG信号记录装置 96
5.4.2 电极-皮肤阻抗测试 97
5.4.3 皮肤动作仿真 100
5.4.4 EEG信号的记录 101
5.5 在透皮电转染的应用 103
5.5.1 活体透皮电转染 103
5.5.2 电场仿真 106
5.5.3 RFP和Cy5-siRNA的电转染 108
5.5.4 电转染实验后的针尖电极 111
5.6 本章小结 112
第6章 总结与展望 113
6.1 总结 113
6.2 展望 114
参考文献 115