基于表面改性的生物电极制造工艺分析

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1、摘要随着微纳技术的发展，Si基生物电极已成为深部植入电极的研究热点。然而，临床研究表明，随着电极植入时间的增长，电极的刺激效果会发生下降。针对这一现象，本文在国家自然科学基金（NO.51105134）资助下，通过具体的试验分析了其产生的原因，提出了解决这一问题的生物电极改进措施—电极表面纳米图型化，并确定了基于表面改性电极的制作工艺。论文主要研究内容如下：（1）通过相关试验分析得出电极刺激作用下降的主要原因是由于电极长期耐腐蚀性差及电极周围纤维包囊的产生，针对这两个原因提出了生物电极改性措施：刺激点表面纳米图型化。（2）结

2、合液体润湿理论对细胞在纳米图型化生物电极表面所呈现的状态进行理论分析，确定最利于生物电极图型化改性的细胞最佳状态就是部分浸入状态。细胞呈现该状态时，不仅可以改善细胞的生长特性、抑制或减小纤维包囊的产生，还可以减少对电极的腐蚀。（3）结合微纳加工技术，得出适于生物电极Pt薄膜刺激点表面纳米图型化改性的工艺——基底图型化+薄膜沉积图型转移。按照该工艺的具体流程及方法，结合细胞在改性电极表面最佳状态理论，成功制备了结构精确、表面薄膜质量好的不同纳米图型化Si基Pt薄膜，证实了所提出工艺的可行性。然后在其上进行的相关接触角试验，进

3、一步证实了所提改性方法的可行性。（4）结合电极刺激点表面纳米图型化工艺及电极表面版图，确定了基于表面改性生物电极的制造工艺，即：电子束直写图型制备+刻蚀图型转移+光刻版图形成+溅射Pt薄膜沉积+等离子增强化学气相沉积掩蔽层制备。并根据该工艺成功制作了3刺激点表面纳米图型化改性生物电极，证实了改性电极制造工艺的可行性。关键词：生物电极；表面改性；纳米图型化；制造工艺IAbstractWiththedevelopmentofmicro-nanotechnology,theSi-basedbio-electrodehasbeco

4、meahotresearchinthedeeplyimplantedbio-electrodes.However,theclinicalstudieshaveshownthatthestimulatingeffectsofbio-electrodegetweakerandweakerwiththetimepastoftheimplantedbio-electrodes.ThisdissertationwhichwassupportedbyNationalNaturalScienceFoundation(NO.5110513

5、4)analyzedthereasonforthisphenomenonthroughthedetailexperiments,andputforwardtosolvethisproblemwiththeimprovementofthebio-electrode:anano-patternedsurfaceofbio-electrode.Thendeterminedthefabricationprocessofthebio-electrodebasedonsurfacemodification.Themaincontent

6、swereasfollows:(1)Throughtheexperimentandanalysis,weconfirmedthatthemainreasonforwhythestimulatingeffectsgetweakerandweakerisduetothebadresistancetothelong-termcorrosionandthegenerationofthefibrouscystaroundthebio-electrode.Forbothreasonstheimprovementofthebio-ele

7、ctrodewasproposed:thestimulatingsurfaceofthebio-electrodewasnano-patterned.(2)Combinedwiththetheoryofwetting,weanalyzedthestatementofthecellwhichwasplacedonthenano-patternedsurfaceofthebio-electrode.Andfoundthattheoptimalcellstateofthenano-patternedbio-electrodeis

8、partialwetting.Inthisstatenotonlycanimprovethegrowthcharacteristicsofcells,inhibitorreducethegenerationofthefibrouscyst,butalsoimprovethecorrosionresist