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【6h】

视网膜上假体多通道双层柔性薄膜微电极阵列的设计与测试

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目录

摘要

ABSTRACT

第一章 绪论

1.1 研究背景

1.2 视觉假体微电极的研究现状

1.2.1 视网膜假体微电极

1.2.2 视神经假体微电极

1.2.3 视皮层假体微电极

1.2.4 三种视觉假体微电极的比较

1.3 本文的研究内容

1.3.1 课题来源

1.3.2 研究内容

第二章 视网膜上柔性薄膜微电极的设计与制作

2.1 视网膜上微电极的设计需求

2.1.1 刺激电极和衬底材料

2.1.2 电极阵列的尺寸、数量与间距

2.1.3 电极阵列的排布和引线设计

2.1.4 64 通道双层薄膜电极的设计

2.2 基于铂材料的薄膜电极的制作

2.2.1 材料和加工过程

2.2.2 微电极的表面形貌

2.3 薄膜电极的引线焊接及封装

2.4 基于金材料的薄膜电极的设计

2.4.1 电极设计的改进方案

2.4.2 基于金材料的薄膜电极的设计

2.5 本章小结

第三章 柔性薄膜微电极阵列的阻抗测试系统

3.1 电极阻抗测试的实验方法

3.1.1 阻抗的定义

3.1.2 三电极阻抗测试的原理

3.2 电极阻抗自动测试装置

3.2.1 测试系统的搭建

3.2.2 电极连接装置的设计与制作

3.3 本章小结

第四章 柔性薄膜微电极的电化学性能评估

4.1 电极-电解液界面原理

4.1.1 电极-电解液界面的双电层

4.1.2 法拉第反应和非法拉第反应

4.2 电极-电解液界面的等效电路

4.3 薄膜电极电化学性能的测试与评估

4.3.1 电极测试的仿生环境

4.3.2 电极阻抗的测试结果与分析

4.4 本章小结

第五章 总结与展望

5.1 全文总结

5.2 研究展望

参考文献

致谢

攻读硕士期间已发表论文

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摘要

视网膜上假体可以分为外部装置和内部装置,其中内部装置包括了神经接口模块,即刺激视网膜神经细胞的微电极阵列。作为电子器件与视网膜上的神经组织的接口界面,微电极阵列是整个视网膜上假体系统中相当关键的部分,对视觉感知的有效性和准确性起到了关键作用。近年来,随着微机电系统(MEMS)工艺的迅猛发展,柔性薄膜微电极的研究突破了许多瓶颈,刺激电极的性能和植入的安全性都有了很大的提高。本文对视网膜上假体的柔性薄膜微电极阵列进行研究,基于MEMS双层工艺设计了多通道的双金属层薄膜电极,并且通过电化学实验评估了电极的性能。本文的主要研究内容包括:一、分析了国际上视觉假体的研究小组所采用的不同类型的微电极,基于我们的研究小组的课题需要,设计并制作了用于视网膜上修复的64通道的双层柔性薄膜微电极,给出了详细的设计依据和参数,通过MEMS技术制作了基于铂材料的电极,并进行了引线焊接和封装。根据制作和初步测试的反馈,提出了基于金材料的薄膜电极的优化设计。二、研究了三电极法的测试原理,针对传统的手动测试方法的不足,提出了一种电极的阻抗自动测试系统,介绍了系统各个部分的功能,具体设计和制作了电极连接装置,有效提高了测试效率和安全性。三、研究了电极-电解液界面的电化学理论基础,并讨论了等效电路模型,作为电极测试的理论基础。搭建电极测试的仿生环境,对封装完毕薄膜电极的阻抗和相位等电化学性能进行了分析和讨论。四、总结了设计和制作视网膜上多通道柔性薄膜电极的关键问题,并提出了研究展望和面临的挑战。

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