基于壁虎仿生结构的柔性心电微电极阵列的研究

发布时间：2017-08-02 15:19

  本文关键词：基于壁虎仿生结构的柔性心电微电极阵列的研究

  更多相关文章： 壁虎粘附 SU-8光刻胶工艺 微模塑成型工艺 柔性微电极阵列

【摘要】：自然界中壁虎具有非常优秀的吸附能力,可以自由行走在光滑的墙壁上,甚至是天花板上。壁虎脚掌的微米级刚毛结构和纳米级绒毛结构,是保证其产生巨大粘附力且能适应不同表面形貌的关键。这种精细的结构广泛应用于MEMS领域和各种机器人领域,本文中将壁虎的这种结构应用到生物医学领域,把壁虎刚毛结构应用到柔性微传感器上,使柔性微传感器可以直接粘附在皮肤上直接测量生理信号。实验中将柔性微传感器和仿壁虎刚毛结构结合在一起做了如下工作。仿壁虎刚毛纤维小柱阵列的制作方法有很多,本文采用两种先进的工艺方法来制作。一种方法是利用SU-8光刻胶经过光刻加工得到小孔阵列模具,将聚二甲基硅氧烷(PDMS)注入模具孔内,得到PDMS纤维小柱阵列。由于小孔阵列的最小尺寸只有3μm,显影过程难以控制,很难得到较好的小孔阵列模具,而且得到的纤维小柱阵列高度远小于最初设计的高度。另一种方法是采用硅刻蚀工艺,利用ICP刻蚀工艺刻蚀出三种尺寸的硅孔模具,然后将PDMS浇注在硅孔模具里,得到壁虎刚毛阵列,直径小于3μm的阵列结构,会出现纠结在一起的现象。通过一个粘附力测试装置,可以测得纤维小柱阵列可以承担的最大载荷为1.1N。心电信号是人体健康的关键指标,有着不可取代的地位。传统的一次性Ag/AgCl电极不能长期监测人体的健康情况,而且电极上的导电胶会使一些人的皮肤过敏。生物传感器在生物、信息、材料快速发展的基础上得到广泛应用,柔性电子技术也随之产生。本文通过在具有仿壁虎刚毛粘附纤维阵列的柔性基底PDMS上溅射一层金和钛得到一种柔性传感器,与常规的一次性Ag/AgCl电极相比,柔性心电微传感器具有以下优势:(1)与皮肤接触的位置不需要用导电胶连接,柔性电极可以和皮肤直接接触,避免因导电胶引起皮肤过敏,基底PDMS是一种无色、无味、无毒、具有生物兼容性的材料;而且电极两边的仿壁虎纤维阵列结构可以使柔性电极牢牢的粘附在皮肤上;(2)柔性电极可以重复使用,并不影响心电信号检测的质量;(3)柔性电极不仅能够拉伸,还有共形贴附性能,可用于弯曲部位;(4)柔性可拉伸微电极测量信号的质量和常规的Ag/AgCl电极几乎差不多。
【关键词】：壁虎粘附 SU-8光刻胶工艺 微模塑成型工艺 柔性微电极阵列
【学位授予单位】：西安电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TH776.1;TB391
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-11
• 缩略语对照表11-14
• 第一章 绪论14-26
• 1.1 研究背景及意义14-15
• 1.2 仿壁虎脚毛粘附机理的研究15-17
• 1.2.1 壁虎脚掌的粘附机制15-16
• 1.2.2 仿壁虎刚毛粘附的力学性能16-17
• 1.3 仿壁虎脚掌阵列结构的研究现状17-22
• 1.4 柔性可拉伸微电极阵列的研究进展22-24
• 1.5 论文的研究内容24-26
• 第二章 基于SU-8 光刻胶工艺制作仿壁虎刚毛纤维阵列26-38
• 2.1 SU-8 光刻胶工艺的研究26-27
• 2.2 基于SU-8 光刻胶模具的阵列制作工艺27-37
• 2.2.1 基于SU-8 光刻胶模具阵列的制作步骤27-30
• 2.2.2 实验材料，试剂原料与设备30
• 2.2.3 SU-8 光刻实验30-36
• 2.2.4 实验结果分析36-37
• 2.3 本章小结37-38
• 第三章 基于ICP刻蚀硅模具制作仿壁虎刚毛纤维阵列38-48
• 3.1 含有微米孔阵列的模具制作38-41
• 3.1.1 基于IPC干刻蚀工艺的研究38-40
• 3.1.2 硅小孔阵列模具的制作40-41
• 3.2 PDMS纤维阵列的制作41-46
• 3.2.1 PDMS的性能41-42
• 3.2.2 实验的材料，设备，试剂42-43
• 3.2.3 PDMS阵列制作实验43-44
• 3.2.4 实验结果分析44-46
• 3.3 PDMS纤维阵列的粘附性测试46-47
• 3.4 小结47-48
• 第四章 柔性可拉伸心电微电极阵列的研究48-60
• 4.1 心电微电极阵列的研究48-50
• 4.2 柔性心电微电极阵列的制作工艺50-52
• 4.2.1 柔性心电微电极阵列的设计50-51
• 4.2.2 柔性心电微电极阵列的加工51-52
• 4.3 柔性微电极的性能52-54
• 4.3.1 柔性电极的可拉伸性能52-54
• 4.3.2 柔性电极的阻抗性能54
• 4.4 柔性微心电电极的信号采集54-58
• 4.4.1 心电信号的机理54-55
• 4.4.2 心电信号的特性55
• 4.4.3 心电信号的采集55-58
• 4.5 本章小结58-60
• 第五章 总结与展望60-64
• 5.1 全文总结60-61
• 5.2 本文的创新点61
• 5.3 工作展望61-64
• 参考文献64-68
• 致谢68-70
• 作者简介70-71

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本文编号：609925