基于功能材料的柔性生物电极的制备与应用研究

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1、４占料政＊豕ＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹＯＦＥＬＥＣＴＲＯＮＩＣＳＣＩＥＮＣＥＡＮＤＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹＯＦＣＨＩＮＡ硕士学位论文ＭＡＳＴＥＲＴＨＥＳＩＳ＇＇ｆ．ｆＩ＇论文题目基于功能材料的柔性生物电极的制备与应用研究学科专业电子信息材料与元器件学号２０１５２１０３５００７作者姓名陈昌勇指导教师一＾一＿＾Ｉ分类号密级注1UDC学位论文基于功能材料的柔性生物电极的制备与应用研究（题名和副题名）陈昌勇（作者姓名）指导教师林媛教授电子科技大学成都（姓名、职称、单位名称）申请学位级别硕士学科专业电子信息材料与元器件

2、提交论文日期2018.3.30论文答辩日期2018.5.24学位授予单位和日期电子科技大学2018年6月答辩委员会主席评阅人注1：注明《国际十进分类法UDC》的类号。ResearchonTheFabricationandApplicationsofFlexibleBioelectrodeBasedonFunctionalMaterialsAMasterThesisSubmittedtoUniversityofElectronicScienceandTechnologyofChinaDiscipline:ElectronicInformationMaterialsandDevicesAuth

3、or:ChangyongChenSupervisor:Prof.YuanLinSchool:SchoolofElectronicScienceandEngineering独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研宄工作及取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方夕卜，论文中不包含其他人己经发表或撰写过的研宄成果，也不包含为获得电子科技大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研宄所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。作者签名：日期：Ｐ廣年上月２上日论文使用授权本学位论文作者完全了解

4、电子科技大学有关保留、使用学位论文的规定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权电子科技大学可以将学位论文的全、部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。（保密的学位论文在解密后应遵守此规定）作者签名：：Ｈ色导师签名？日期？扣Ｍ年占月分曰：摘要摘要新兴的柔性电子器件可以利用各种功能材料，通过力学与电子学的完美结合，实现柔性工作环境下的器件功能。因此，柔性电子器件在信息、能源、医疗等领域得到了广泛的应用。柔性生物电极作为柔性电子器件的一个重要发展方向，得到了神经生物

5、学、临床医学等领域研究者和医学工作者的广泛关注。目前，柔性生物电极的研究主要包括电阻式的柔性生物电极(阻性生物电极)和电容式的柔性生物电极(容性生物电极)。在阻性生物电极的研究方面，研究者们已经做了大量的研究工作，各种表皮/可植入阻性生物电极已被广泛用于健康监测、疾病诊断和治疗、神经修复和调节等领域。然而，由于金属电极与生物组织的直接接触伴随着电安全、容易引起刺激和过敏反应等问题。因此，基于阻性生物电极的长时间生物信号监测仍是难题。在容性生物电极的研究方面，研究者近年来取得了一些进展，使得容性生物电极可以有效地解决阻性生物电极当前所面临的一部分问题。然而，现有的容性生物电极几乎都只能用在人

6、体表皮采集信号，并且至少需要几个平方厘米的耦合面积，这极大地限制了容性生物电极的可植入应用，如皮层脑电图(ECoG)信号的采集。综上所述，利用功能材料制备电安全且可植入的容性生物电极对柔性生物电极的发展具有重要意义。针对以上问题，本论文设计和制备了基于BaTiO3/PI纳米复合材料的容性生物电极，利用BaTiO3/PI纳米复合材料的高介电常数，有效地降低了电极的耦合面积，成功地实现了对大鼠皮层脑电图的监测。本工作首先通过偶联剂3-氨基丙基三乙氧基硅烷(APTS)对钛酸钡(BaTiO3)纳米颗粒进行改性处理，并利用原位聚合法制备得到了高性能的钛酸钡/聚酰亚胺(BaTiO3/PI)纳米复合材料

7、。其次，利用热重分析(TGA)和介电常数测试等技术证实了所制备的BaTiO3/PI纳米复合材料的热稳定性和高介电性等性能。接着，通过转印技术和lift-off等技术的应用以及引入可生物降解的蚕丝蛋白膜作为电极阵列的临时衬底，成功设计和制备了基于BaTiO3/PI纳米复合材料的可植入容性生物电极阵列、基于纯聚酰亚胺(PI)的可植入容性生物电极阵列和可植入阻性生物电极阵列。最后，本论文通过三维有限元模型(FEM)、电化学阻抗