微电极针尖的制备方法.pdf

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1、2012年2月中国制造业信息化第41卷第3期微电极针尖的制备方法刘振东一，王文波，戴振东(1．南京航航天大学机电学院，江苏南京210016)(2．南京航空航天大学高新术研究院仿生结构与材料防护研究所，江苏南京2t0016)摘要：针尖工艺是针型微电极制王的关键技术。利用电生理实验室常用设备搭建了加工平台，采用阴极圆环营造出一个渐变电场通过一组正交试验，研究了电解液浓度、腐蚀电压、通电时间等对针尖质量的影响，得到了最佳3-参数：NaC1溶液浓度为3．0g／L，腐蚀电压为5．0V，通电时间为30s，制备出符合电刺激实验更拄的高

2、质量针尖。该方法操作简单、制备时间短、成本低，适用于电生理实验中微电极尖端形态勺改进。关键词：微电极；电化学腐蚀；正试验；针尖中图分类号：Q692文献标码：A文章编号：1672—1616(2012)03—0066—04生物机器人是指利用动物体的运为机能、动力径在5txm以下。王明环lJ采用检测电流变化率的供应系统，从动物运动的感受传人神经支配人方法对腐蚀过程进行控制，将切断时问控制在微秒手，实现对动物的运动和某些行为的为控制l1J。级以下，从而制备出尺寸在微米级以下的针尖。汪生物机器人技术是目前科技发展最跃的领域之洋_8

3、J利用杠杆平衡原理，设计了一套制备扫描隧一。对动物的运动控制离不开高性有的金属微电道显微镜(STM)钨针尖的装置，以简单的力学结极或者微电极阵列。针型微电极具蕾度高、排列构替代了传统复杂的控制电路，制备的钨针尖最小有序且能实现三维阵列结构的独特仿夸，因此在电半径为50nm。生理研究中得到了广泛应用l2J。一来说，直径利用电化学腐蚀的方法制备针尖，大多通过监在一到几十微米的导线和导体都可记录神经元测电极丝断裂引起的电流、电压或电阻等信号的变电活动Ⅲ3j，但较小的尖端尺寸不易使封组织移位，化，在电极丝断裂瞬间切断电源，并迅速

4、提取电极且有利于进入脑组织，使微电极直接神经轴突接丝，使其与腐蚀溶液脱离

5、7“。这种方法对控触，从而更好地发挥刺激和记录功能同时也更容制系统的响应时间要求高，因而设备成本高，不适易兴奋尖端周围兴奋阈值高的神经己l4j。因此，合电生理实验室使用。笔者利用电生理实验室常针尖工艺是制造针型微电极的关键技。如Plex—用的简易设备搭建了加工平台，研究了微电极在特on公司提供的浮动阵列电极，其尖端[径为2／Lm定电场中的电化学腐蚀过程，采用最优的试验参3m。数，制备出高质量的针尖。目前制备针尖的方法有：机械成法、离子束铣削法、电子

6、束沉积法、场致蒸发法、E化学腐蚀法1实验部分等[5l。电化学腐蚀法以离子的形式-除材料，方实验装置如图1所示，阳极为0．1ITlm的镍便高效且加工参数容易控制，是针尖备的常用方铬(Cr20Ni80)合金丝(电极丝)，外面包裹一层绝缘法。董新民_6J将微电极毛坯固定在!纹鼓上，使漆，阴极为1mm不锈钢丝绕成的23ram的圆毛坯反复浸入电解液中，利用毛坯上一端电化学腐环。首先将阴极圆环放置在阴极支架内，然后在阴蚀时间不同制备针尖，尖端直径可0．5m。姚极圆环上放置一个圆柱盖板，且盖板与阴极圆环同源[2]也采用了类似原理制备针

7、尖，将微电极轴。在盖板的中间钻一个j5Imm的孔，电极丝从浸入电解液，通电后缓慢提取，最终讳备的针尖直孔中央穿过。当阳极和阴极之间通电后，在电极丝收稿日期：2011—1024基金项目：自然科学基金重大国际合作项目(6091)07)作者简介：刘振东(1984一)，男，江苏徐州人，南京t空航天大学硕士研究生，主要从事生物机器人的研究工作。·应用研究·刘振东王文波戴振东微电极针尖的制备方法67周围形成如图2所示的电场，电极丝位于电场中主要试验步骤：央，因此所腐蚀的针尖圆润均匀。在阴极圆环的中(1)去除绝缘层，将镍铬合金丝浸入3

8、0％的心位置电场强度最大，沿着电极丝向上电场强度逐NaOH溶液lmm，恒温100121h；(2)将去除绝缘层渐减弱。电场强度大的地方电化学腐蚀的速度快，的镍铬合金丝穿过盖板中央的孑L浸入电解液中，电电场强度小的地方电化学腐蚀的速度慢。经过一极丝末端距离液面lmm；(3)在阳极和阴极之间通段时间的腐蚀，就可以得到所需的针尖。由于电极电，一定时间后切断电源，取出制备好的微电极针丝处于一个渐变的电场中，随着时间推移，旧针尖尖；(4)调整参数，重复(1)～(3)。被腐蚀消失，新针尖又再次形成。使用高度仪或者表1电化学腐蚀加工参数

9、三维立体定位仪调节电极丝浸入电解液的深度，电NaCl浓度／(g·L。。)腐蚀电压／、，通电时间／S源为双极程控刺激器(成都仪器厂，型号：YC一2一2．54．020S)。电解液为2．5～6．0g／L的NaC1溶液，腐蚀电3．04．525压为4．0～6．0V，通电时问为20～40s，温度为4．05．03020℃5．05．