双面微电极阵列芯片力电特性的有限元仿真

为了指导脑深部电刺激动物实验中电极植入手术操作和电极植入后刺激参数的选择,针对自主研发的双面硅基微电极阵列,利用有限元建模和仿真方法,对其植入过程中电极与脑组织作用的力学特性和植入后电流刺激下的电学特性进行了探究。仿真基于Comsol Multiphysics有限元建模软件,首先依据微悬梁臂结构对电极进行建模,并将脑组织简化为各向同性的圆柱体以便于问题的分析和求解;然后,依据电极和脑组织的材料特性、仿真要求、模型尺寸进行相应的参数设置和网格划分;最后通过求解器得到仿真结果。力学仿真表明:当电极尖端载荷达到0.14N时微电极达到强度极限,电极植入过程中推力达到0.06N且硬脑膜位移形变为0.8mm时被穿破。电学仿真表明:双面双极刺激下电流强度增大,刺激范围在三维空间方向上同比增大;比较不同的刺激模式,单面刺激的流线弯曲和收敛程度较双面刺激大,导致刺激范围减小,影响了大于改变此电极刺激触点与参考触点的距离。通过动物实验证实了所得结果的有效性和可靠性。