钨丝微电极阵列的简易制备方法简介

钨丝微电极阵列的简易制备方法简介

神经工程系统是目前一个非常活跃且发展迅速的研究领域,比如脑-机接口,神经假体等问题受到越来越多的关注。微电极已成为揭示神经系统工作机理、治疗神经疾病和神经康复等方面的重要工具。无论是脑-机接口还是神经假体,通常都是将电极植入动物或患者体内,通过电极加载电信号激励或抑制神经活动以实现功能性电刺激(functionalelec2tricalstimulation,FES),或者利用微电极将神经活动转换为电信号被记录下来进行分析研究。

近年来,随着MEMS技术的进步,制作更小、更精密的植入式微电极以构建植入损伤小、空间分辨率高、特异性强的神经工程系统已成为一个重要发展趋势。根据作用对象和应用目标的不同,至今人们已陆续研究和开发出了多种形式的植入式微电极,包括平面薄膜微电极、箍形微电极、筛形微电极和针形微电极,其中高密度、有序排列的三维针式微电极阵列具有独特的优势,它可植入大脑皮层或神经束内,直接与神经轴突接触,很好地发挥记录和刺激功能,尤其对深脑皮层刺激和记录具有重要意义,且电极的高密度可以保证良好的选择性刺激或记录。目前最常见的三维针式微电极阵列是基于硅材料为基底加工制作的,常规的制作工艺包括基于体硅的机械切割结合湿法刻蚀、硅基选择性扩散结合反应离子刻蚀以及SOI材料的深反应离子刻蚀等。通常这类以硅材料为基底的针形微电极阵列加工过程非常复杂、昂贵,使得该类型微电极难以广泛推广和使用,广大神经电生理科学家和医学工作者也难以从中受益,极大地限制了脑-机接口和神经假体方面的研究步伐。

为了降低制作成本,缩短加工周期,促进针形微电极阵列的广泛应用,为神经康复治疗和神经生物学研究奠定基础。一种基于钨丝的简易、廉价、快速针形微电极阵列制作方法。首先利用MEMS技术制作加工制作具有微细沟槽和腔体结构的玻璃模具,然后将涂覆有光敏性聚酰亚胺绝缘层的微细钨丝(φ=100μm)镶嵌于玻璃模具沟槽中,并通过在模具上与微细沟槽相通的微腔中注入SU-8胶,并光刻、固化,实现钨丝的精确排列和定位。之后,通过“双面光刻”、电化学腐蚀方法实现钨丝的精确切割,最后通过电化学腐蚀完成电极针尖形状制作。这种基于MEMS工艺制作的钨丝针形微电极阵列,既避免了手工制备方式针形微电极精度低、难以批量生产的缺陷,也克服了硅基针形微电极阵列制作工艺复杂、成本高的不足。而且基于微细钨丝的针形微电极阵列,与硅基微电极阵列相比,具有更优的机械强度和韧性,可更好地满足深层刺激或记录的需要。