CN101172185B - 一种植入式双面柔性微阵列电极的制备方法 - Google Patents

一种植入式双面柔性微阵列电极的制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN101172185B
CN101172185B CN2007100462373A CN200710046237A CN101172185B CN 101172185 B CN101172185 B CN 101172185B CN 2007100462373 A CN2007100462373 A CN 2007100462373A CN 200710046237 A CN200710046237 A CN 200710046237A CN 101172185 B CN101172185 B CN 101172185B
Authority
CN
China
Prior art keywords
electrode
preparation
sided flexible
polymer
tiny array
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN2007100462373A
Other languages
English (en)
Other versions
CN101172185A (zh
Inventor
李刚
周洪波
孙晓娜
姚源
赵建龙
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Shanghai Institute of Microsystem and Information Technology of CAS
Original Assignee
Shanghai Institute of Microsystem and Information Technology of CAS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Shanghai Institute of Microsystem and Information Technology of CAS filed Critical Shanghai Institute of Microsystem and Information Technology of CAS
Priority to CN2007100462373A priority Critical patent/CN101172185B/zh
Publication of CN101172185A publication Critical patent/CN101172185A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN101172185B publication Critical patent/CN101172185B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Landscapes

  • Electrotherapy Devices (AREA)

Abstract

本发明涉及一种植入式双面柔性微阵列电极的制备方法，该方法以柔性聚合物作为微电极基底材料，首先在硅基片上制作牺牲层，通过剥离(Lift-off)、聚合物图形化制作正面电极；然后将硅基片电极面与已完成聚合物图形化的玻璃基片通过热压局部键合，并通过腐蚀牺牲层去除硅基片，实现电极反转；最后通过剥离、聚合物图形化来制作背面电极，并以凹槽结构定义双面电极的轮廓，实现双面电极结构。本发明提供的基于聚合物基底的双面电极制备方法具有与微机电加工工艺兼容、可标准化大批量制作的特点，所制作的植入式双面柔性电极可以在同样损伤的情况下，提供比单面电极高一倍的刺激或记录分辨率。

Description

一种植入式双面柔性微阵列电极的制备方法
技术领域
本发明涉及一种植入式双面柔性微阵列电极的制备方法，可应用于神经康复、神经生物学基础研究等领域。
背景技术
神经工程***是目前一个非常活跃且发展迅速的研究领域，比如脑-机接口，神经假体等问题受到越来越多的关注。在神经工程***中，最基本关键的部分是神经-电子接口，即电极，它的功能主要表现为两种形式：一种是将神经活动转换为电信号被记录下来进行分析研究，一种是利用电信号激励或抑制神经活动以实现功能性电刺激(functional electrical stimulation，FES)。电极的性能直接影响神经电刺激和神经信号记录的质量。
有限损伤情况下高密度电极是目前的一个热点和难点，是进行高选择性电刺激或记录的保证。为了增加电极的高密度，目前一般通过利用MEMS工艺加工制作高密度的微电极阵列来实现。所用的基底材料一般有刚性和柔性两大类，刚性的材料主要有硅；柔性的材料主要是聚酰亚胺、聚对二甲苯等聚合物材料。为了保证记录或刺激电极与神经束的良好接触，以及减小电极对生物组织的损伤，越来越多的微电极采用聚合物作为基底材料来制作。
双面电极能在同样的损伤情况下，提高电极的密度，实现高密度电极。基于聚合物基底双面电极制作的难点在于在MEMS工艺中，聚合物材料需要在基片上加工。这就导致了背面电极制作的复杂性。目前来说，基于聚合物基底的双面电极鲜有报道：唯一的报道[Stieglitz T.“Flexible biomedicalmicrodevices with double-sided electrode arrangements for neuralapplications”[J].Sensors and Actuators A：Physical，2001，90(3)：203-211.]，使用非光敏的聚酰亚胺采用预先掩埋A1掩膜的方法采用多步反应离子刻蚀制作柔性双面电极。当正面电极制作完成后，从基底上“小心地”揭下薄膜电极，反转贴附。然而，此“揭下”和“贴附”的非标准MEMS工艺步骤难以保证薄膜的完整性和平坦性，进而制约着器件的成品率。本发明设想提供一种植入式双面柔性微阵列电极的制备方法，克服了上述工艺的缺点，既简化了工艺流程，又可提高成品率。
发明内容
本发明的目的在于提供一种植入式双面柔性微阵列电极的制备方法，通过采用柔性聚合物作为结构材料和加工双面电极结构，在有限损伤的情况下，提高神经电刺激和信号记录的空间分辨率。本发明的目的是通过以下措施来达到：首先在硅基片上制作牺牲层，然后其上制作一层聚合物绝缘层，并通过甩涂光刻胶、光刻、溅射、Lift-off(剥离)工艺制作金属层、聚合物图形化来制作正面电极；通过玻璃基片上制作图形化聚合物键合层，以热压方式将其与硅基片电极面局部键合，腐蚀牺牲层实现电极反转；最后甩涂光刻胶、光刻、溅射、剥离工艺制作金属层、聚合物图形化来制作反面电极，并通过光刻形成的聚合物凹槽结构释放双面电极。
本发明提供的一种植入式双面柔性微阵列电极的制备方法，其特征在于：所述的牺牲层通过氧化硅片形成二氧化硅膜，然后再蒸发铝膜或溅射铬、钛膜形成，其厚度在10nm～2μm之间；所述绝缘层通过旋涂聚酰亚胺或沉积聚对二甲苯制作，其厚度在100nm～100μm之间；所述正面和反面电极通过光刻和剥离(Lift-off)工艺制作；所述聚合物键合层通过光刻工艺在玻璃基片上形成，其厚度在100nm～100μm之间，并通过热压键合硅基片电极面与玻璃基片聚合物面完成键合；热压键合施加的强压为104-105Pa，温度为340-360℃时间为0.5-1.5小时。所述电极面反转是通过酸腐蚀或电化学腐蚀去除牺牲层来实现的；所述双面电极的释放通过光刻制作凹槽结构定义电极轮廓，并沿凹槽撕裂完成，凹槽宽度在2μm～100μm之间。
本发明与目前常用的聚合物单面电极相比，能够在有限损伤的情况下，提高神经电刺激和信号记录的空间分辨率一倍。另外，本发明使用的制备方法是与传统的微机电(MEMS)加工工艺(主要包括：光刻、溅射、Lift-off及牺牲层释放)相兼容，可标准化大批量生产，能够制作微小精密的电极，且电极制备方法简单，易于批量生产。所制作的植入式双面柔性电极可以在同样损伤的情况下，提供比单面电极高一倍的刺激或记录分辨率。
附图说明
图1为本发明实施例在硅基片上蒸发铝膜制作牺牲层后结构示意图
图2为本发明实施例在硅基片上制作正面电极后的结构示意图
图3为本发明实施例在玻璃基片上制作聚合物键合层后的结构示意图
图4本发明实施例实现局部键合后结构示意图
图5为本发明实施例除去牺牲层后实现电极反转至玻璃基片上后的示意图
图6为本发明实施例在反转电极后制作反面电极的结构示意图
图7为本发明实施例完成释放后的双面电极结构示意图
具体实施方式
实施例1
下面结合附图采用聚酰亚胺聚合物进一步说明本发明基于聚合物基底的双面电极的制备方法。
1、将硅片1浸泡于5％(vol)氢氟酸溶液中5分钟，除去硅片表面的自然氧化层，并使用RCA标准清洗方法清洗硅片，然后蒸发1μm厚的金属铝膜2制作牺牲层(如图1所示)。
2、旋涂聚酰亚胺光刻胶3(durimide 7510)(3000转/分钟，30秒)、100℃前烘5分钟、曝光，显影，最后在350℃的氮气环境下完全亚胺化，制得5μm厚的聚酰亚胺绝缘层，其中包含最终释放电极的凹槽结构。
3、旋涂光刻胶6809(3000转/分钟，30秒)，80℃前烘20分钟，曝光，显影，溅射Ti/Pt金属层4(Ti 100，Pt 1500
Figure 2007100462373_1
)，利用Lift-off工艺实现该金属层的图形化，制作正面电极的电极位点、连接导线和焊接位点。
4、旋涂聚酰亚胺光刻胶3(durimide 7510)(3000转/分钟，30秒)、100℃前烘5分钟、曝光，显影，最后在350℃的氮气环境下完全亚胺化；制作5μm厚的聚酰亚胺薄膜，绝缘封装电极的连接导线部分，并暴露正面电极的电极位点以及焊接位点，其中包含最终释放电极的凹槽结构(如图2所示)。
5、清洗玻璃基片5，旋涂聚酰亚胺光刻胶3(durimide 7510)(3000转/分钟，30秒)、100℃前烘5分钟、曝光，显影，形成局部键合区(如图3所示)。
6、将硅基片电极面贴合于玻璃基片键合面上，在104Pa附加压强作用下350℃热处理1个小时完成键合(如图4所示)。
7、10％(vol)的盐酸溶液腐蚀铝膜牺牲层3，除去硅基片1，使电极反转至玻璃基片5上(如图5所示)。
8、在反转后的聚酰亚胺绝缘层上甩涂光刻胶6809(3000转/分钟，30秒)，80℃前烘20分钟，曝光，显影，溅射Ti/Pt金属层(Ti 100
Figure 2007100462373_2
，Pt 1500
Figure 2007100462373_3
)，利用Lift-off工艺制作反面电极的电极位点、连接导线和焊接位点。
9、旋涂聚酰亚胺光刻胶(durimide 7510)(3000转/分钟，30秒)，100℃前烘5分钟、曝光、显影，最后在350℃的氮气环境下完全亚胺化，制得5μm厚的聚酰亚胺薄膜绝缘封装反面电极连接导线，并暴露出反面电极的电极位点以及焊接位点(如图6所示)。
10、沿着凹槽结构撕下电极薄膜，释放得到双面电极结构(如图7所示)。
最终得到的基于聚合物基底的双面电极，其特征在于两面具有电刺激点。将该微电极植入神经组织中，相对于传统的电极达到更加有效的神经刺激和信号记录的效果。

Claims (9)

1.一种植入式双面柔性微阵列电极的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：1)在硅基片上制作牺牲层结构；2)在牺牲层上制作一层聚合物绝缘层；3)在聚合物绝缘层上通过甩涂光刻胶、光刻、溅射和剥离工艺制作金属层和金属层的图形化制作正面电极；4)在玻璃基片上制作聚合物键合层；5)将硅基片电极面与玻璃基片聚合物面键合；6)腐蚀牺牲层，实现电极面反转；7)在聚合物绝缘层的反面制作反面电极；8)通过光刻形成的聚合物凹槽结构释放双面电极。
2.按权利要求1所述的植入式双面柔性微阵列电极的制备方法，其特征在于硅基片上牺牲层是通过硅基片氧化形成二氧化硅膜，然后再在其上蒸发铝膜或溅射铬或钛膜形成的，其厚度为10nm-2μm。
3.按权利要求1所述的植入式双面柔性微阵列电极的制备方法，其特征在于所述的聚合物绝缘层为聚酰亚胺或聚对二甲苯，其厚度为100nm-100μm。
4.按权利要求1或3所述的植入式双面柔性微阵列电极的制备方法，其特征在于所述的聚合物绝缘层是通过旋涂或沉积方法制备的。
5.按权利要求1所述的植入式双面柔性微阵列电极的制备方法，其特征在于玻璃基片上制作的聚合物键合层的厚度在100nm-100μm之间。
6.按权利要求1所述的植入式双面柔性微阵列电极的制备方法，其特征在于硅基片电极面与玻璃基片聚合物面是通过热压方法键合的；热压时施加压强为104-105Pa，温度为340-360℃，时间为0.5-1.5小时。
7.按权利要求1所述的植入式双面柔性微阵列电极的制备方法，其特征在于所述的电极面反转是通过酸腐蚀或电化学腐蚀去除牺牲层实现的。
8.按权利要求1所述的植入式双面柔性微阵列电极的制备方法，其特征在于所述的通过光刻制作凹槽结构定义电极轮廓，沿其特征在于所述的撕裂释放双面电极。
9.按权利要求1或8所述的植入式双面柔性微阵列电极的制备方法，其特征在于所述的凹槽宽度在2μm-100μm之间。
CN2007100462373A 2007-09-21 2007-09-21 一种植入式双面柔性微阵列电极的制备方法 Active CN101172185B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN2007100462373A CN101172185B (zh) 2007-09-21 2007-09-21 一种植入式双面柔性微阵列电极的制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN2007100462373A CN101172185B (zh) 2007-09-21 2007-09-21 一种植入式双面柔性微阵列电极的制备方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN101172185A CN101172185A (zh) 2008-05-07
CN101172185B true CN101172185B (zh) 2011-06-01

Family

ID=39421067

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN2007100462373A Active CN101172185B (zh) 2007-09-21 2007-09-21 一种植入式双面柔性微阵列电极的制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN101172185B (zh)

Families Citing this family (24)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101430300B (zh) * 2008-12-19 2012-05-16 清华大学 一种用于生物医学电化学检测的三维微电极及其制作方法
CN101870452B (zh) * 2010-07-09 2012-09-19 上海交通大学 Mems金属丝生物微电极的制备方法
CN101884530A (zh) * 2010-07-14 2010-11-17 中国科学院半导体研究所 用于记录神经活动电信号的柔性探针电极及其植入工具
CN101950741B (zh) * 2010-08-13 2012-08-22 上海交通大学 芯片电极多层互连结构的制备方法
CN102179000B (zh) * 2011-03-09 2014-09-24 中国科学院上海微***与信息技术研究所 一种基于碳膜的柔性神经微电极及其制作方法
CN102253285A (zh) * 2011-05-06 2011-11-23 淮阴工学院 等应力梁法检测石墨烯压阻因子
CN102289148B (zh) * 2011-08-24 2013-09-11 北京大学 植入式微针尖电极及其制作方法
CN102328903B (zh) * 2011-09-29 2014-04-23 西安交通大学 一种大面积纳米缝电极并行制造方法
DE102012013338B4 (de) * 2012-07-06 2019-09-26 Heraeus Deutschland GmbH & Co. KG Verfahren zur Herstellung einer Elektrodenstruktur
JP2017525509A (ja) * 2014-08-27 2017-09-07 ザ リージェンツ オブ ザ ユニバーシティ オブ カリフォルニア 脊髄硬膜外刺激のための多電極アレイの作製方法
CN105675682B (zh) * 2015-12-28 2019-03-26 中国人民大学 一种尺寸可控的纳米线微电极及其制备方法与应用
CN105540526B (zh) * 2015-12-29 2017-03-15 中国科学院电子学研究所 单片复合敏感电极的制造方法、基于其的敏感器件
DE102017104852A1 (de) * 2017-03-08 2018-09-13 Cinogy Gmbh Flächige flexible Elektrodenanordnung für eine dielektrisch behinderte Plasmaentladung
CN108254414B (zh) * 2018-03-09 2024-02-02 国家纳米科学中心 一种柔性离体微沟道微电极阵列集成芯片及其制备方法和用途
CN114732401A (zh) * 2018-11-13 2022-07-12 利多(香港)有限公司 一种植入式分析物传感器的检测单元
CN110327544B (zh) * 2019-06-20 2020-10-02 上海交通大学 一种植入式高密度电极点柔性探针电极及制备方法
CN112441555A (zh) * 2019-08-30 2021-03-05 中国科学院微电子研究所 一种微纳金属三维结构的制备方法
CN110772251B (zh) * 2019-10-28 2020-11-17 浙江大学 一种软性双面神经探针及其制备方法
CN111048238B (zh) * 2019-11-19 2021-01-12 清华大学 一种双面导通柔性电极及其制备方法与应用
CN112657053B (zh) * 2020-03-31 2024-03-29 深圳硅基仿生科技股份有限公司 植入式的双面电极及其制备方法
CN111956218B (zh) * 2020-08-10 2024-04-16 中国科学院上海微***与信息技术研究所 具有电化学和电生理检测功能的柔性脑电极及其制备方法
CN112641448B (zh) * 2020-12-18 2023-02-24 浙江大学 一种柔性磁兼容的植入式脑电电极阵列及其制备方法
CN114660140B (zh) 2020-12-23 2024-02-23 北京京东方技术开发有限公司 生物检测装置、生物芯片、微电极结构及其制备方法
CN114376580A (zh) * 2022-01-04 2022-04-22 中国科学院上海微***与信息技术研究所 一种柔性神经电极及其制备方法、脑机接口

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1820799A (zh) * 2006-03-30 2006-08-23 上海交通大学 可植入的片型视神经微刺激电极
CN1973918A (zh) * 2006-11-16 2007-06-06 上海交通大学 可植入人体神经***的簇状刺激微电极阵列
CN101006920A (zh) * 2007-01-25 2007-08-01 中国科学院上海微***与信息技术研究所 一种三维植入式微电极阵列的制作方法

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1820799A (zh) * 2006-03-30 2006-08-23 上海交通大学 可植入的片型视神经微刺激电极
CN1973918A (zh) * 2006-11-16 2007-06-06 上海交通大学 可植入人体神经***的簇状刺激微电极阵列
CN101006920A (zh) * 2007-01-25 2007-08-01 中国科学院上海微***与信息技术研究所 一种三维植入式微电极阵列的制作方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN101172185A (zh) 2008-05-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN101172185B (zh) 一种植入式双面柔性微阵列电极的制备方法
CN108751116B (zh) 用于生物电记录或电刺激的翘曲型柔性电极及其制备方法
CN100461981C (zh) 一种基于聚合物基底的凸起电极、制作方法及应用
US8831745B2 (en) High-density array of micro-machined electrodes for neural stimulation
CN208492977U (zh) 多层结构柔性人工听觉神经刺激电极
CN101700869B (zh) 基于衬底图形化的柔性衬底生物微电极阵列制备方法
CN109205551A (zh) 一种锥形阵列柔性电极及其制备方法
KR20110134720A (ko) 그라핀 세포 자극기 및 그것의 제조방법
KR101241337B1 (ko) 페릴렌 코팅층을 이용하는 ｐｄｍｓ 기반의 유연성 전극 및 그 제조 방법
JP2009285153A (ja) 刺入型柔軟神経電極およびその作製方法
US20220339431A1 (en) Neural electrode based on three-dimensional structure of flexible substrate, and manufacturing method therefor
JP4221357B2 (ja) 電極構造体、その製造方法および使用
JP5258194B2 (ja) 金属電極を備えているトランジスタデバイスおよびそのようなデバイスを形成する際に用いるための方法
JP5100915B2 (ja) Ｐｚｔ膜を備えたセンサ素子の製造方法
CN111742215B (zh) 金属-酶夹层
CN111017870B (zh) 一种柔性电极及其制备方法
US20220234885A1 (en) Flexible electrode and preparation method thereof
JP2000216522A (ja) フレキシブル基板製造方法、及びフレキシブル基板
AU2007237617B2 (en) Method for producing implant structures for contacting or electrically stimulating living tissue cells or nerves
JP2002189012A (ja) 酵素電極用白金電極及びその製造方法
CN112657053A (zh) 植入式的双面电极及其制备方法
JP4284315B2 (ja) センサー用電極およびその製造方法
CN117800278A (zh) 一种硅基柔性悬膜及其制备方法
CN114634151A (zh) 一种易释放的超薄柔性神经电极阵列及其制备方法
Metz et al. Fabrication of flexible, implantable microelectrodes with embedded fluidic microchannels

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant