基于MEMS技术的高密度视网膜假体柔性微电极阵列的研制

发布时间：2017-10-23 12:36

  本文关键词：基于MEMS技术的高密度视网膜假体柔性微电极阵列的研制

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【摘要】：视觉是人各种感觉中最重要的一种，正常获得视觉的前提是具备完整有效的视觉通路。研究表明，大部分盲人的视觉通路并非完全损毁，通过电刺激视觉通路尚具有功能的部分，视觉假体能帮助假体植入者得到一定程度的人工视觉。视觉假体依靠作为神经接口的微电极阵列实现假体和患者之间的联接，根据微电极阵列植入部位的不同，视觉假体可以分为视皮层假体、视神经假体和视网膜假体三种，这其中视网膜假体由于其刺激位点与视野的拓扑对应关系好、刺激器对组织损伤小，且最大限度保留视觉通路的功能等优点，成为不同类型视觉假体中最具应用前景的一种。 为了使假体植入者获得良好的人工视觉，视网膜假体必须具有足够高分辨率，对应的微电极阵列必须具有足够高密度的刺激位点。基于MEMS技术，我们设计并制作了两种不同规格的微电极阵列，都采用光敏型聚酰亚胺（PI）作为绝缘材料，金属铂（Pt）作为导电材料，在聚合物和导电金属层之间加入钛（Ti）层增加粘附性。其中采用传统工艺制作了30通道的微电极阵列，刺激点的直径为350μm，以56的矩阵式排布。电极线宽和最小线间距分别为30μm和40μm。在对传统工艺制作微电极阵列过程中Lift-Off方法出现的问题做了总结和分析后，我们提出采用离子束刻蚀（Ion Beam）的方法制作金属导电层。利用新工艺制作的微电极阵列通道数达到121个，微电极阵列采用单层布线，刺激点以1012的矩阵式排布，直径为280μm，在底端加入了一个700μm直径的回收电极，，导线宽度和线间距都是10μm。经过力学性能、电学性能、电化学分析和生物相容性等测试，结果表明，采用新工艺制作的微电极阵列不仅具有和传统工艺同样优良的力学、电化学等性能，且刺激点密度得到了有效提升，这为视网膜假体分辨率的提高奠定了基础。
【关键词】：视觉假体 视网膜假体 微电极阵列 MEMS 高密度
【学位授予单位】：上海交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：R318.18
【目录】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-9
• 图录9-11
• 表录11-12
• 第一章 绪论12-28
• 1.1 研究背景12-13
• 1.2 应用于视网膜假体的微电极阵列13-23
• 1.2.1 几种不同的视网膜假体13-21
• 1.2.2 用于制作视网膜假体微电极阵列的材料21-23
• 1.3 MEMS 技术概述及在神经电极中的应用23-27
• 1.3.1 MEMS 技术发展历程24-25
• 1.3.2 MEMS 技术加工手段与在神经电极中的应用25-26
• 1.3.3 MEMS 技术前景与发展难题26-27
• 1.4 课题来源与研究内容27-28
• 1.4.1 课题来源27
• 1.4.2 研究内容27-28
• 第二章 应用于脉络膜上腔的 30 通道柔性微电极阵列28-52
• 2.1 微电极阵列的设计28-34
• 2.1.1 材料28-30
• 2.1.2 电极尺寸和结构30-34
• 2.2 基于光敏型聚合物的加工工艺34-42
• 2.2.1 实验材料与设备35
• 2.2.2 基于光敏型聚合物的微电极加工工艺流程35-38
• 2.2.3 关于 Lift-Off 方法的讨论38-42
• 2.3 微电极阵列的性能测试42-49
• 2.3.1 表面形貌测试43-44
• 2.3.2 结构与力学性能测试44-45
• 2.3.3 电学和电化学性能测试45-48
• 2.3.4 生物相容性测试48-49
• 2.4 本章小结49-52
• 第三章 基于聚酰亚胺的高密度柔性微电极阵列52-78
• 3.1 电极材料52
• 3.2 总体尺寸设计52-53
• 3.3 表面参数设计53-61
• 3.3.1 决定刺激点半径的生理学因素53-54
• 3.3.2 决定刺激点半径的工艺因素54-58
• 3.3.3 两种不同密度微电极阵列的比较58-61
• 3.4 加工工艺61-65
• 3.4.1 实验器材61-62
• 3.4.2 基于光敏型聚合物的微电极加工工艺流程62-65
• 3.5 微电极阵列的测试65-69
• 3.5.1 表面形貌测试65
• 3.5.2 结构与力学性能测试65
• 3.5.3 电学和电化学性能测试65-69
• 3.5.4 生物相容性测试69
• 3.6 离子束刻蚀方法的优势69-76
• 3.7 本章小结76-78
• 第四章 总结与展望78-80
• 4.1 全文总结78-79
• 4.2 展望79-80
• 参考文献80-84
• 致谢84-85
• 攻读硕士学位期间已发表或录用的论文85-87

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