一种慢性植入式微丝电极性能的改进

发布时间：2019-09-30 15:01

【摘要】：电极是电生理实验中昂贵的易耗品,价格低廉的自制微丝电极得到了广泛应用,但其植入性能还不尽如人意.为制备成本低且具有较好性能的微丝电极,首先分析了影响长期记录性能的关键因素,然后从电极制备和尖端表面修饰两个方面对现有制备工艺进行了改进,建立了修饰电极的阻抗模型,并对其属性、信号采集能力和生物相容性进行系统地评价.结果表明,改进后电极尖端表面光滑,阻抗平均降低了56.1%;修饰电极的阻抗模型有效;记录信噪比更高,记录寿命达到45 d;生物相容性良好,可以满足一般电生理实验要求.
【图文】：

电极,电极尖端

2郑州大学学报(工学版)2014年穿孔，焊接;⑤反面，重复③和④;⑥焊接后端接口;⑦采用手术剪刀将电极裁剪．改进后电极的制备工艺:①将实验台和所用器械消毒;②微组装;③微焊接;④反面，重复②;⑤微切割．电极材料为镍镉合金丝．如图1所示为16个记录通道电极阵列．图1电极图Fig．1Theelectrodepattern电极尖端的阻抗和形态直接影响电极的性能．由于电极丝的直径为39μm，因此，需在扫描电子显微镜(ScanningElectronMicroscopes，SEM)下对电极尖端进行观测．图2为电极尖端在SEM下的照片．图2电极尖端照片Fig．2Theelectrodetipphotos从图2可以看出，剪刀剪切的时候会出现粘连现象．而微切割截面平滑整齐且电极尖端周围绝缘层形态完好．微切割能够更好地提高电极的电化学性能;更好地提高电极的生物相容性．1．2电极尖端修饰与阻抗模型的建立导电聚合物(ConductivePolymer，CP)聚吡咯具有导电性能和生物相容性良好等优点，采用NeuroNexus的niPOD对电极尖端进行修饰，使其尖端附着聚吡咯，进而改进电极的性能．当金属置于电解液中后，金属和电解液的界面就会发生化学反应，并在该界面形成双电层的电荷分布．镀膜修饰后，电极尖端被聚吡咯包裹，呈现疏松多孔结构．建立修饰电极—导电聚合物—电解液阻抗模型［15］如图3所示．该电路元件有:容液电阻Ｒs;镀层电容CC;孔电阻ＲPore;双电层界面电容ZCPE;电荷转移电阻Ｒt和有限扩散阻抗ZT(包括CT和ＲT)．由图3可得电极—导电聚合物—电解液的阻抗用公式表示为图3电极—导电聚合物—电解液界面的等效电路模型Fig．3Theequivalentcircuitmodelofelectrode-CP-electrolyteinterfaceZ=Ｒs+Zelect=Ｒ

照片,电极尖端,照片

2郑州大学学报(工学版)2014年穿孔，焊接;⑤反面，重复③和④;⑥焊接后端接口;⑦采用手术剪刀将电极裁剪．改进后电极的制备工艺:①将实验台和所用器械消毒;②微组装;③微焊接;④反面，重复②;⑤微切割．电极材料为镍镉合金丝．如图1所示为16个记录通道电极阵列．图1电极图Fig．1Theelectrodepattern电极尖端的阻抗和形态直接影响电极的性能．由于电极丝的直径为39μm，因此，需在扫描电子显微镜(ScanningElectronMicroscopes，SEM)下对电极尖端进行观测．图2为电极尖端在SEM下的照片．图2电极尖端照片Fig．2Theelectrodetipphotos从图2可以看出，剪刀剪切的时候会出现粘连现象．而微切割截面平滑整齐且电极尖端周围绝缘层形态完好．微切割能够更好地提高电极的电化学性能;更好地提高电极的生物相容性．1．2电极尖端修饰与阻抗模型的建立导电聚合物(ConductivePolymer，CP)聚吡咯具有导电性能和生物相容性良好等优点，采用NeuroNexus的niPOD对电极尖端进行修饰，使其尖端附着聚吡咯，进而改进电极的性能．当金属置于电解液中后，金属和电解液的界面就会发生化学反应，并在该界面形成双电层的电荷分布．镀膜修饰后，，电极尖端被聚吡咯包裹，呈现疏松多孔结构．建立修饰电极—导电聚合物—电解液阻抗模型［15］如图3所示．该电路元件有:容液电阻Ｒs;镀层电容CC;孔电阻ＲPore;双电层界面电容ZCPE;电荷转移电阻Ｒt和有限扩散阻抗ZT(包括CT和ＲT)．由图3可得电极—导电聚合物—电解液的阻抗用公式表示为图3电极—导电聚合物—电解液界面的等效电路模型Fig．3Theequivalentcircuitmodelofelectrode-CP-electrolyteinterfaceZ=Ｒs+Zelect=Ｒ
【作者单位】：郑州大学电气工程学院;
【基金】：国家自然科学基金资助项目(U1304602)
【分类号】：R318

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