丘形柔性神经微刺激电极阵列

为了实现电极位点与靶细胞的良好接触,改善刺激效果,同时保证刺激电极自身安全,本文提出了一种具有圆滑外形的丘形柔性神经微电极阵列。以光敏性聚酰亚胺(Durimide 7510)为基质材料,利用光刻和金属层图形化结合电镀工艺,本文制作了6×6丘形柔性神经微电极阵列,每个电极位点底面直径为150μm,高度约为50μm。通过数值模拟、形貌观测和电学性能测试对制备的微电极进行了评价。实验结果显示,相对于传统的平面微电极阵列（具有相同底面积）,三维丘形电极位点的阻抗（@1kHz）降低了约4倍,可实现更有效的刺激。而相对于塔形电极,丘形电极则具有更均匀的表面电流密度分布,有利于电极长期工作的安全性。     

三维柔性神经微电极阵列的制作

神经-电极接口是植入式微器件和生物电子器件中最关键的问题之一。但是目前常规的平面微电极阵列均为“三明治”结构,难以保证电极与靶神经细胞的良好接触,以致刺激或记录效果不理想。为了克服这一缺陷,本文提出了一种具有三维凸起结构的柔性神经微电极的制作工艺和方法。该方法采用光敏型聚酰亚胺（Durimide 7510）作为微电极的基质材料,通过硅各向异性腐蚀、光刻、腐蚀金属、电化学释放等工艺制成具有塔形凸起结构的微电极阵列。电极的塔形凸起结构可保证电极位点与靶细胞实现更紧密的接触。通过FEMLAB软件模拟和成品电极的阻抗谱测试,结果显示,相对于传统的平面微电极阵列,三维凸起微电极阵列具有更好的刺激效果。     

多通道柔性神经微电极加工工艺研究

目的：设计并制作多通道柔性神经微电极,对微电极的加工工艺进行研究。方法：采用一种新型的柔性聚合物材料——聚对二甲苯（parylene C）作为微电极的基底和绝缘材料,借助微细加工技术,制作柔性神经微电极。结果：利用上述方法制作了36通道（按6×6矩阵排列）的柔性神经微电极,微电极的尺寸分别为150m（圆形）和150m×150m（方形）,电极引线线宽为30m。无论微电极为圆形或方形,表面均平整光滑、轮廓清晰。电学性能测试结果表明：1kHz时微电极的阻抗仅为7k左右,且随着频率的增加,阻抗逐渐降低,呈明显高通特性。结论：微电极加工质量较好,电学性能优良。实现了微电极和柔性基底的集成,有利于高效率批量制作。为视觉假体中柔性神经接口的研制奠定基础。     

微电极尺寸对双电层电容和电荷转移电阻的影响

微电极广泛应用于神经电信号检测,微电极的尺寸直接影响记录的神经电信号。建立了神经电信号检测的等效分析电路模型,基于GCS双电层理论以及PNP方程建立了微电极表面双电层分析模型。采用COMSOL仿真及微电极交流阻抗谱测试,分析了双电层电容与微电极尺寸的关系。分析结果表明：微电极表面积越大,电荷转移电阻越小,双电层电容越大;单位面积电容与微电极半径成反比例关系。     

集成阻抗识别的介电泳芯片设计及其关键工艺

以微粒的阻抗识别为目的,设计出一种三维网格阵列微电极传感器.传感器将介电泳分离与阻抗识别集成在同一芯片上.首先通过介电泳将微粒中的一种分离至测试区域,再通过阻抗信号描述微粒特性.针对芯片关键区域,提出了调节SU8曝光时间以提高阻抗测试有效信号的工艺解决方案.实验表明,SU8最佳曝光时间为70 s.对芯片性能的相关实验表明,芯片可对不同直径的乳胶微粒进行介电泳分离与阻抗识别.     

基于集成芯片的细胞生理参数自动分析仪的硬件设计

基于集成芯片的多功能细胞生理自动分析仪需要对微电极阵列传感器(Microelectrode Array Sensor, MEAS),光寻址电位传感器(Light-Addressable Potentiometric Sensor,LAPS)和细胞电阻抗传感器(Electric Cell Substrate Impedance Sensor, ECIS)3类传感器的输出信号进行检测.文中介绍了针对MEAS设计的专用前置放大电路;针对LAPS和ECIS,以AD5933集成阻抗转换芯片为核心,设计了电压衰减(增益)电路、电压偏置电路、频率扫描电路和偏压扫描电路,信号的放大采用了微弱电流采样技术.利用MSP430单片机编程实现了对整个系统的控制及与PC机的通讯.最后完成了对硬件系统的测试,结果表明文中的设计基本达到了系统检测的要求.     

一种细胞电融合芯片的研制

描述了一种新的细胞电融合芯片的研究过程,分析芯片内微电极结构对电场大小、分布的影响.在前期细胞电融合芯片微电极研究的基础上,提出了更加适合于细胞电融合的电极阵列结构模型--梳状交叉微电极阵列,通过仿真计算和实际测试证明了该模型的有效性;通过对材料的优缺点进行分析,选择合适的芯片材料;硅基材料上的微电极及芯片加工工艺研究;微电极的抗氧化与抗腐蚀保护技术研究.最后,在新研制的细胞电融合芯片原型上进行了初步实验,取得了较好的实验效果.     

基于MEMS的人工视网膜微电极阵列设计仿真

本文介绍的是一种基于微机电系统（MEMS）技术的表面型人工视网膜微电极阵列设计与仿真。电脉冲通过微电极刺激视网膜神经细胞,在大脑皮层视觉区域引起对应的特征电位反应,部分恢复患者的视觉。为研究表面型人工视网膜微电极阵列在人眼压力环境下的位移,特别设计了多种微电极阵列,进行了应力仿真。     

基于Parylene薄膜的微型电磁驱动器的设计与工艺

主要讨论了一种微型电磁驱动器的设计和制作工艺。该驱动器结构简单，由Parylene振动膜和硅基片两层组成，将驱动线圈与硅片集成在一起。分析了平面电磁线圈的驱动特性和驱动器振动膜的形变，对其关键尺寸进行优化。采用电镀工艺在硅基片上电镀驱动线圈、在Parylene薄膜上电镀NiFe合金阵列，并采用牺牲层工艺得到振动膜的悬空结构。     

基于苦味受体表达的多组织细胞传感器及其应用

非口腔组织中的苦味受体(TAS2Rs)可能成为相关疾病治疗的新靶点。 该研究将表达有 TAS2Rs 的细胞作为敏感元 件,根据其生理特性与不同的传感器耦合,探究了味觉受体异位表达及其在个性化药物筛选中的应用,构建了针对不同疾病模 型的个性化药物筛选平台。 首先,基于细胞阻抗传感器以及内源性表达 TAS2R38 受体的结肠癌细胞,开发了异硫氰酸酯类物 质特异性药物筛选平台,求得苯硫脲的 EC50 为 157. 6 μM;其次,结合微电极阵列检测系统,探究了 TAS2Rs 激动剂地芬尼多 (5~ 160 μM)和水杨苷(0. 001~ 100 μM)对心肌细胞收缩的抑制作用;此外,基于 3D 呼吸道平滑肌细胞 (ASMCs) 阵列,结合凝 胶成像系统,探究了 TAS2Rs 激动剂桔皮素(20 μM)对呼吸道平滑肌细胞的舒张作用。