视觉假体柔性微电极阵列的体外电化学稳定性评估与硅基碳MEMS微电极研制

发布时间：2017-04-08 03:14

  本文关键词：视觉假体柔性微电极阵列的体外电化学稳定性评估与硅基碳MEMS微电极研制，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：70%以上的外界信息都是通过视觉来传达的，因此视觉为人类的进步和发展提供了重要途径。尤其是近几年，视觉假体的研究已成为国际研究热点，它为盲人的视觉功能修复提供了一条新道路。视觉假体微电极阵列作为视觉假体中的关键部件，直接与人体视觉神经组织接触，其电化学稳定性直接影响着视觉假体在体使用的安全性和有效性。碳-微机电系统（Carbon-Microelectromechanical System, C-MEMS）工艺结合传统光刻与热解工艺，能够制造出具有良好化学稳定性、生物相容性及机械性能的碳微结构。C-MEMS加工工艺与硅基MEMS工艺相兼容，因此提出可用于神经电刺激的硅基碳MEMS微电极阵列的研制。 本文研究内容主要有：（1）视网膜柔性MEMS刺激微电极阵列的体外电化学稳定性评估。采用三电极测试法测试不同温度的液体环境下，刺激电极的电化学阻抗特性。结果表明，当体外测试的磷酸缓冲盐溶液的温度在人体生理性体温范围（35°C~40°C）内变化时，电极电化学阻抗没有发生显著变化。（2）研究了单个电极在脉冲电流刺激下引发的pH值的变化。在正相脉冲电流刺激下，pH变化值与时间呈显著线性正相关；负相脉冲电流刺激下，pH变化值与时间呈显著线性负相关；先负后正的双相脉冲电流刺激下，pH变化值会随着刺激电流频率的升高而降低，且pH的变化值要小于单相刺激下pH的变化值。（3）基于C-MEMS技术，研制植入式硅基碳微电极阵列，刺激位点按照8×2或4×1排布。单个圆形碳刺激电极刺激位点直径为70μm，线宽为30μm，焊盘为边长300μm的正方形区域。在3英寸350μm厚的硅片上，采用C-MEMS工艺高温热解光敏型聚酰亚胺（Polyimide,PI）制作的碳材料作为刺激电极，等离子增强化学气相淀积（Plasma-enhanced-chemical-vapor deposition, PECVD）生长的二氧化硅（SiO_2）作为碳电极与硅基底的绝缘材料，PI作为微电极阵列的顶层绝缘层。基于双面光刻工艺，通过硅片衬底刻蚀，实现硅基碳微电极阵列的释放。
【关键词】：视觉假体 C-MEMS 电化学稳定性 硅基碳电极
【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5-7
• ABSTRACT7-13
• 第一章 绪论13-32
• 1.1 视觉假体13-17
• 1.1.1. 视皮层假体14-15
• 1.1.2. 视神经假体15-16
• 1.1.3. 视网膜假体16-17
• 1.2 体外电化学性能评估17-24
• 1.2.1. 电化学阻抗18-20
• 1.2.2. 电荷储存能力20-21
• 1.2.3. 电荷注入能力21-23
• 1.2.4. 电化学稳定性评估23-24
• 1.3 C-MEMS 技术24-30
• 1.3.1. 碳材料25-29
• 1.3.2. C-MEMS 加工技术29-30
• 1.4 本文的课题来源和主要研究内容30-32
• 1.4.1. 课题来源30
• 1.4.2. 主要研究内容30-32
• 第二章 微电极体外电化学稳定性评估32-49
• 2.1 视网膜柔性 MEMS 微电极33-34
• 2.1.1. 结构设计33-34
• 2.1.2. 材料与加工34
• 2.2 电化学阻抗温度特性34-41
• 2.2.1. 测试原理34-35
• 2.2.2. 实验方法35-37
• 2.2.3. 电化学阻抗温度特性37-41
• 2.3 电刺激引起 pH 值的变化41-47
• 2.3.2. 实验方法42-44
• 2.3.3. 高频电流单相刺激44-45
• 2.3.4. 双相刺激下 pH 值的变化45-46
• 2.3.5. 双极电刺激下频率对 pH 值的影响46-47
• 2.4 本章小结47-49
• 第三章 硅基碳 MEMS 微电极的设计与制作49-65
• 3.1 材料选取49-52
• 3.1.1. 基底材料49-52
• 3.1.2. 电极材料52
• 3.2 结构设计52-54
• 3.3 工艺探索54-58
• 3.3.1. 碳膜制备工艺54-57
• 3.3.2. 电极释放方法57-58
• 3.4 硅基碳微电极阵列加工工艺58-62
• 3.4.1. 实验器材58
• 3.4.2. 微电极阵列制作工艺流程58-62
• 3.5 结果讨论62-64
• 3.5.1. 微电极表面形貌62-63
• 3.5.2. 微电极电阻抗测试63-64
• 3.6 本章小结64-65
• 第四章 总结与展望65-67
• 4.1 全文总结65-66
• 4.2 研究展望66-67
• 参考文献67-74
• 致谢74-75
• 攻读硕士学位期间已发表或录用的论文75

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前2条

1 庄松林;;视觉功能修复的基础理论与关键科学问题[J];光学与光电技术;2006年05期

2 于军;杨秋梅;李建军;周文利;;生物芯片碳微电极的C-MEMS工艺研究[J];华中科技大学学报(自然科学版);2007年08期

中国硕士学位论文全文数据库 前4条

1 罗雪娇;基于MEMS技术的视觉假体多通道刺激微电极阵列的研究[D];上海交通大学;2012年

2 夏年生;多通道柔性薄膜微电极阵列阻抗自动测试分析系统[D];上海交通大学;2012年

3 孙钰林;PECVD制备玻璃态SiO_2薄膜技术研究[D];长春理工大学;2009年

4 姚园媛;C-MEMS工艺制备碳微结构实验研究[D];华中科技大学;2008年

  本文关键词：视觉假体柔性微电极阵列的体外电化学稳定性评估与硅基碳MEMS微电极研制，，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：291947