基于Parylene的柔性生物微电极阵列的制作

在神经工程中,微电极阵列是神经系统与外界电子电路的接口,其性能决定了整个神经系统的信号采集和刺激的效果.提出了一种基于Parylene的半球形柔性生物微电极阵列.在微电极的制备过程中,使用了光刻胶热熔技术和MEMS技术.半球形形貌的微电极有利于形成和神经组织的良好接触,并且相比同底面积的平板电极,表面积增加为2倍,这有利于降低界面阻抗,降低系统功耗.使用化学气相沉积法沉积Parylene C薄膜作为微电极的封装材料,它具有良好的生物相容性和柔性,可以降低对神经组织的损害.实验结果表明,与此半球形微电极底面积大1.3倍的平板电极相比,半球形微电极的界面阻抗下降了55%,并且界面阻抗随着微电极顶部开口直径的变化而变化.使用Comsol有限元软件进行了电极/组织液液面流出电流密度仿真,仿真结果也表明,微电极的流出电流密度也随着微电极顶部开口直径的变化而变化,因此可以通过调整微电极顶部开口直径来调节电流密度,从而满足不同部位需要不同电流密度刺激的要求.

用于电刺激的植入式铂黑微电极(英文)

传统的植入式电刺激微电极表面积小,电极/组织界面阻抗高,并且电荷存储容量(CSC)小,这些都会增加植入式系统的功耗并影响电刺激效果.提出了一种在电极点电镀铂黑的方法来增加微电极的有效面积(ESA).通过在超声波浴下使用脉冲电流电镀的方法,可以极大地增加微电极的ESA,降低界面阻抗并增加CSC和电荷注入容量.铂黑微电极的几何特性和电学特性分别由扫描电子显微镜(SEM)和电化学分析仪测定,并与未镀铂黑的电极特性进行了对比,对铂黑镀层的机械稳定性也做了相应的测试.实验结果表明,铂黑镀层的纳米结构使铂黑电极相比普通铂电极界面阻抗降低了1/16,CSC扩大13倍.在5 min的室温超声波衰减实验中,阴极电荷存储容量(CSCC)仅减小20%.

基于PDMS的芯片电极多层互连系统的研究

本文提出了一种基于PDMS(聚二甲基硅氧烷)基底的芯片电极多层互连方法,应用MEMS(微电子机械系统)技术将芯片和电极进行了芯片级的互连,系统集成度高,尺寸小。相比传统的单层互连方法,在相同面积上互连电极数多。并且使用PDMS作为基底材料,大大降低了传统的以硅为基底的加工成本。制备的芯片电极多层互连系统芯片和电极互连数量多,各层绝缘层为绝缘性能良好的柔性Parylene(聚对亚苯基二甲基)薄膜,为柔性多层高密度线路互连技术提供了一种新方法。

基于MEMS技术的异平面空心金属微针

MEMS微针的一个重要应用是透皮给药。文中提出了一种基于MEMS技术的异平面空心金属微针。该微针首先利用硅(100)面刻蚀技术在硅片上刻蚀出深度为330μm的倒四棱锥,然后采用电镀技术电镀出壁厚为50μm的空心金属倒四棱锥。从背面开出微流道并去除残余硅,就得到了倾斜角度为70.6°的异平面金属空心微针。最后采用ANSYS有限元仿真软件建立微针模型,验证了微针具有足够的强度。

基于CVD技术的异步多通路电针灸针的研究

针灸治疗是中医治疗疾病的一种有效方法,随着现代针灸的新科技与经络穴位的结合,传统的毫针逐渐发展到了脉冲电针、电热针等。该文提出一种异步多通路刺激的电针灸针。基于传统的毫针,通过微加工工艺在一根毫针针体上加工出若干个刺激电极,微加工工艺包括溅射金属层及化学气相沉积(CVD)绝缘层聚对二甲苯。聚对二甲苯作为电极间的绝缘材料,具有无针孔涂覆、更低的液气渗透率、良好的生物相容性、透明性和柔韧性、以及较好的机械强度。通过连接电针灸仪,在一根针上即可实现异步多条电流通路的刺激。

基于UG的自动化虚拟装配系统的研究与开发

对UG软件的二次开发工具UG/OPEN API和其虚拟装配的原理进行了深入研究。以Microsoft Visual C++6.0为集成环境,UG/OPEN API为开发接口程序,UG为CAD平台,开发具有自动装配功能的虚拟装配系统。同时阐述了该系统的关键技术,并给出了落料模的自动装配实例。

基于FPGA的微刺激器设计

微刺激器是一种通过对生物体内特定部位释放电流来达到一定刺激效果的医疗装置。其刺激效果与微刺激器所释放电流的参数有密切关系。为了能够在生物实验中寻找到刺激效果最佳的电流参数,论述了一种以FPGA为核心的微刺激器设计方案。这种微刺激器利用DDS技术,由FPGA芯片生成各种波形参数,其中频率、波形、幅值可控。结合数模转换电路和压控恒流源等外围电路,能够输出多种刺激电流,并且电流参数可调。介绍了这种微刺激器的原理和设计方案,并且进行了验证。应用这种微刺激器能够生成生物实验中所需要的双向脉冲波形。

聚合物Parylene C薄膜的反应离子刻蚀研究

首先简要介绍了聚合物Parylene,并以Parylene C薄膜为原料,进行反应离子刻蚀,着重研究了功率和工作气压对刻蚀速率的影响,并给出了优化的刻蚀工艺参数。结果表明,刻蚀速率随功率增加而增大,当功率为80 W时,刻蚀速率达到0.44μm/min,适当增大功率有利于各向异性刻蚀。刻蚀速率在一定范围内随气压增大而增大,工作压力为10.67 Pa时,刻蚀速率达到0.47μm/min;当气压超过10.67 Pa后,刻蚀速率基本保持不变。

真空沉积掺杂制备PARYLENE功能薄膜研究

本文介绍了高分子材料PARYLENE的真空沉积机理及其优越性和不足。提出了一种在PARYLENE真空沉积过程中引入机械掺杂制备具有特定功能的PARYLENE高分子薄膜的方法并给出了掺杂试验设备设计方案。最后提出了影响机械粉体掺杂效果的几个因素。

基于四足机器人的电控预充电系统设计研究

四足机器人通过电机驱动控制实现自由行走。由于每路电机驱动前端均有较大的电容,直接上电会产生超大瞬时电流,对电源和电机驱动造成损害。基于此,对四足机器人的电控预充电电路进行了研究,设计了一种新型的预充电电路。通过电阻、电容和电压比较器实现时间延迟,完成了基于四足机器人电控预充电系统的设计。在MATLAB和Multisim中对预充电电路特性进行了仿真分析。仿真结果表明,所设计的电路能够在0.6 s内实现预充电功能,避免了超大瞬时电流对电源和电机驱动造成的损害。最后在STM32CubeIDE中编写代码程序,并进行了软件和硬件的联合调试。试验结果表明,所设计的基于四足机器人的电控预充电系统能满足功能要求。

建立“人工面神经技术”恢复周围性面瘫兔的闭眼功能

目的:建立"人工面神经技术"以恢复单侧周围性面瘫兔的眼轮匝肌闭眼功能,为周围性面瘫提供一种新的治疗手段。方法:制备单侧周围性面瘫兔,建立健侧眼轮匝肌肌电信号采集、中枢信号处理模式识别、患侧电流刺激眼轮匝肌系统。当健侧眼轮匝肌采集的肌电信号经信号识别、提取以及电脑分析判断,符合其闭眼刺激阈值时,即对人工电刺激器发出指令,由刺激电极直接作用于患侧眼轮匝肌,引起眼睑完全闭合结果:以最小电流刺激患侧眼轮匝肌,引起眼睑完全闭合刺激方式为正负矩形波,电流强度为0.30～0.50mA。结论:利用可植入式微机电技术,在单侧周围性面瘫模型建立"人工面神经反射弧",恢复患侧眼轮匝肌闭眼收缩,可维持双侧闭眼功能的对称性和同步性。

兔眼轮匝肌的肌电信号研究

目的 分析健康家兔眼轮匝肌（orbicularis oculi muscle,OOM）不同运动模式下的肌电信号特征,明确肌肉功能与肌电之间的关系,以期获得OOM肌电控制信号的信息,为人工面神经假体恢复单侧周围性面神经麻痹患者的闭眼功能提供参考.方法 将微电极经上、下眼睑植入健康家兔的OOM内,采集OOM的肌电信号,并从时域、频域两方面分析信号特征.结果 自然持续睁眼、自然持续闭眼、自然眨眼、诱发闭眼模式下OOM肌电的峰振幅分别为（28.8±4.8）μV、（36.0±4.7）μV、（398.8±195.7）μV和（715.4±249.7）μV,4种模式下的肌电信号功率谱（power spectrum density,PSD）峰频率分别为（98±17）Hz、（142±22）Hz、（203±58）Hz和（349±81）Hz.肌电活动在自然睁眼及自然闭眼时较平稳、幅值较低;自然眨眼及诱发闭眼时,肌电幅值明显增强,且诱发闭眼时肌电振幅增强程度较自然眨眼时强烈.持续睁眼与持续闭眼时肌电峰值绝对值均小于50 μV;自发眨眼及诱发闭眼动作发生时的肌电起始幅值绝对值在50～60 μV之间.OOM肌电PSD能量分布的整体频带为0～500 Hz,主要集中频带为20～350 Hz.在时域内,持续睁眼与持续闭眼OOM的肌电信号峰值绝对值差异无统计学意义（P＞0.05）;其他各模式下峰值绝对值的两两比较差异均有统计学意义（P值均＜0.05）.在频域内,持续睁眼与持续闭眼OOM肌电信号PSD峰频率的差异无统计学意义（P＞0.05）;其他各模式下PSD峰频率间的两两比较差异均有统计学意义（P值均＜0.05）.结论 睁眼时OOM处于舒张状态,眼睑闭合动作是OOM收缩的结果.OOM肌电信号在不同运动模式下各具特点,可作为计算机判断识别此肌运动模式的依据,但根据时域和频域内OOM肌电特征很难将自然持续睁眼和自然持续闭眼状态进行区分.

纳米铂黑作为电极镀层的细胞毒性评价

目的：探讨将纳米铂黑作为电极镀层的细胞毒性,初步评估铂黑电镀电极长期植入生物体内的安全性。方法：分别改变混悬液浓度（0.1 mg、0.2 mg、0.3 mg/m L铂黑混悬液）对L-929成纤维细胞培养24 h、48 h、72 h,显微镜下观察细胞形态变化并通过MTS法计算细胞相对增殖率,对细胞毒性进行评级。结果：0.2 mg/m L、0.3 mg/m L的铂黑混悬液中L-929成纤维细胞变成圆形、胞核固缩,细胞稀少,贴壁差;在0.1 mg/m L的铂黑混悬液中上述细胞形态变化则较轻微。0.1 mg/m L的铂黑混悬液细胞毒性为0~2级,且随时间延长而毒性逐渐减弱并呈现出无细胞毒性;0.2 mg/m L、0.3 mg/m L的铂黑混悬液细胞毒性为3~4级,不随时间变化。结论：纳米铂黑其质量体积浓度低于0.1 mg/m L时具有较好的生物相容性。