【摘要】：隨著神經(jīng)科學(xué)技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，腦機(jī)接口作為人腦和電子設(shè)備之間進(jìn)行通信的橋梁，在生物醫(yī)療、游戲娛樂(lè)、教育等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用價(jià)值。作為腦機(jī)接口的重要組成部分，神經(jīng)電極成為了許多科學(xué)家研究的焦點(diǎn)。

目前以侵入方式為標(biāo)準(zhǔn)可以將神經(jīng)電極分為植入式和非植入式兩種類(lèi)型，非植入式神經(jīng)電極主要是對(duì)EEG(頭皮腦電信號(hào))進(jìn)行監(jiān)測(cè)記錄，這種方式由于無(wú)需植入所以手術(shù)風(fēng)險(xiǎn)低，但也正因如此，使得無(wú)法精確采集到神經(jīng)元的信號(hào)，并且采集到的信號(hào)質(zhì)量差、無(wú)法實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)控制，從而無(wú)法滿(mǎn)足人們現(xiàn)實(shí)生活中的一些要求，而植入式神經(jīng)電極因其可放入頭骨內(nèi)部采集神經(jīng)元水平的信號(hào)，分辨率遠(yuǎn)在非植入式神經(jīng)電極之上，所能實(shí)現(xiàn)的功能也更多，是非常有潛力的研究方向。然而，已報(bào)道的植入式神經(jīng)電極存在以下三個(gè)方面的問(wèn)題:

1、基于硅襯底的電極楊氏模量過(guò)高，與腦組織不匹配，生物相容性差；

2、微電極與腦組織的界面阻抗過(guò)高，這導(dǎo)致微電極記錄神經(jīng)信號(hào)的靈敏度不足；

3、傳統(tǒng)電刺激空間分辨率低，而通過(guò)集成光纖來(lái)實(shí)現(xiàn)光刺激的方式，又增大了器件的體積和限制了小鼠的移動(dòng)；針對(duì)上述問(wèn)題，提出了基于PI(聚酰亞胺)的可植入神經(jīng)光電極的研究。

本論文的主要內(nèi)容如下:

(1)建立了PI光電極的力學(xué)模型，通過(guò)對(duì)具有不同長(zhǎng)度或不同厚度探針的光電極模型進(jìn)行仿真，分析光電極的應(yīng)力應(yīng)變隨探針尺寸的變化規(guī)律，通過(guò)對(duì)具有不同厚度SU-8的光電極模型進(jìn)行仿真，分析SU-8和PI之間的熱應(yīng)力隨SU-8厚度變化的規(guī)律，從而優(yōu)化光電極的結(jié)構(gòu)。

(2)提出了基于PI襯底，SU-8為波導(dǎo)的可植入神經(jīng)光電極的制備方法。根據(jù)仿真的結(jié)果，設(shè)計(jì)光電極的外形，然后基于微加工技術(shù)，包括:蒸鍍、磁控濺射、光刻、濕法刻蝕、RIE(反應(yīng)離子刻蝕)和激光切割，制備具有8個(gè)記錄通道的光電極，并通過(guò)PEG(聚乙二醇)鍵合技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了光纖與微電極的光電集成，并通過(guò)光纖實(shí)現(xiàn)了光刺激功能。

(3)提出了一種利用PBK/PGO(鉑黑/石墨烯摻雜聚乙烯二氧噻吩)雙層材料進(jìn)行表面改性的方法，用于提高電極的電荷存儲(chǔ)能力和降低電極阻抗，從而提高電極的信噪比和減小波形失真，同時(shí)提高了電極的電化學(xué)穩(wěn)定性。通過(guò)電化學(xué)沉積技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了PBK/PGO對(duì)電極表面的修飾，并通過(guò)SEM(掃描電子顯微鏡)觀(guān)察電極點(diǎn)表面形貌，然后采用超聲測(cè)試以及循環(huán)伏安掃描方式測(cè)試并驗(yàn)證了PBK/PGO具有良好的機(jī)械穩(wěn)定性和電化學(xué)穩(wěn)定性。

最后通過(guò)施加一定的光刺激，對(duì)比在PI襯底和硅襯底上采集到的背景噪聲和光刺激偽影的大小，得出PBK/PGO修飾的光電極具有更小的背景噪聲和光刺激偽影，同時(shí)也證明了PI襯底很好的消除了由于硅的光伏效應(yīng)產(chǎn)生的噪聲對(duì)記錄信號(hào)的影響。