硅一体化薄膜微电极器件及其应用

提出用发展中的硅微机械加工技术设计制作硅一体化薄膜微电极器件，这类微电化学器件具有微电极所特有的全部优点，而且由于结构上的一体化，便于器件整体的微型化和集成化，试用薄膜微电极器件电流法常温直接检测ＣＯ２气体，取得了满意的结果，设想通过器件三维构型设计的改进和完善，器件工作的长期稳定性可望进一步提高。     

硅一体化薄膜微电极电化学传感器件的稳定性研究

研究了讨论他硅一体化微机械结构型薄膜微电极电化学传感器件的稳定性及其相关的电化学问题。以电流型ＣＯ２薄膜微电极传感器件为例，通过改进器件构型设计，发展稳定的Ａｇ＾＋／Ａｇ参比电极取代常规的Ａｇ／ＡｇＣｌ电极，及在硅微机械加工 作相应的变动，使器件中的电化学串音减至最小并得到有效的控制，器件长期稳定性和使用寿命有了大的改善。     

自由活动动物的脑电信号分析与识别

通过脑电信息识别意识行为并控制外围设备运行的脑机接口(Brain-computer interface,BCI)技术研究已成为神经科学与信息工程技术交叉学科的热点课题,分析行为活动中的脑电特征是BCI研究中的一个重要内容。利用自制金属微电极通过多道生理信号采集处理系统采集大鼠脑电局部放电,提取出与特定行为(抓食)相关的脑电活动特征信号,为大脑对行为的控制研究提供了一个有效的方法。     

基于提升小波的神经元锋电位并行检测方法

神经元动作电位(即锋电位)的实时检测是植入式脑—机接口系统的重要组成环节,为了能够从多通道神经微电极阵列记录的神经信号中实时地检测并提取出神经元的锋电位信息,文中提出了基于提升小波的神经元锋电位检测方法.该方法采用提升小波方法去除了神经信号中的漂移和噪声,然后通过阈值法检测出锋电位信号,最后利用现场可编程门阵列(FPG...     

Ghrelin对大鼠孤束核葡萄糖反应神经元的影响

采用玻璃微电极记录神经元活动的实验方法,研究大鼠孤束核(NTS)微量注射ghrelin对孤束核内葡萄糖反应神经元的活动的调节作用;在孤束核中记录到的82个神经元中,有37(45.13%)个葡萄糖反应神经元中,其中11个给予葡萄糖后电活动增强,26个电活动减弱,分别称之为葡萄糖受体神经元(GRNs)和葡萄糖敏感神经元(GSNs)。在11个GRNs中有9个(81.81%)给予ghrelin后电活动减弱,1个(9.095%)电活动增强;在26个GSNs中23个(88.46%)给予ghrelin后电活动减弱,1个(16.67%)电活动增强。结果提示,ghrelin可以通过改变NTS内葡萄糖反应神经元的电活动来调节能量代谢和摄食活动。     

广义线性模型在神经电生理信号分析中的应用

大脑在完成思维等功能活动时,脑中的神经细胞会产生表征不同生理状态的电活动,大脑不同功能区也会呈现不同的放电特征,例如,参与学习记忆等认知活动的海马脑区以产生尖波涟漪事件为典型特征。本研究利用多通道电生理技术记录到神经元胞外电信号,通过海马区节律性场电位进行了3种常见生理状态(清醒、快速眼动睡眠和非快速眼动睡眠阶段)的划分,并介绍了利用海马区尖波涟漪事件研究海马区和皮层区的放电特征的方法。最后,利用5折交叉验证的广义线性模型预测神经信号的方法,以特定时间窗内神经元群体放电个数矩阵为自变量,该时间窗或其他时间窗内的单个神经元放电个数向量或尖波涟漪事件是否出现为因变量,进行预测,与解耦不同生理意义下的神经活动结果进行对比。本研究将有助于分析及解码不同生理状态下大脑功能区的神经信号特征,尤其是对研究学习记忆功能及其相关脑区之间的相互作用提供方法学依据。     

基于PDMS的人工视网膜神经微电极阵列

为了利用柔顺性材料实现电极位点与靶细胞的良好接触,同时保证微电极的可靠性,提出了一种新的聚二甲基硅氧烷(PDMS)微电极制作方法.该方法通过在硅基表面沉积金属层、光刻图形化以及电镀形成电极基本结构,然后通过PDMS浇注、湿法刻蚀、释放以及键合完成基于PDMS微电极制作.其中,微电极绝缘层制作和电极位点暴露采用浇注PDMS并结合外力夹压固化和PDMS湿法刻蚀来实现.使用该方法制作的PDMS电极,结构稳定、可靠性好,具有良好的贴附性.同时,通过SEM和阻抗测试对所制作的微电极进行了表面形貌和电学性能的测试和评价.结果显示,相对于传统方法制作的PDMS微电极,电化学阻抗降低了近60%（频率1 kHz处）,基于该方法制作的PDMS微电极在力学和电学性能方面均具明显优势.     

蓝牙程控微电极拉制仪的研制

研制了一种基于蓝牙的二步式水平微电极拉制仪,给出了系统的机械结构和硬件电路设计方案.采用LabVIEW编写了拉制参数设置和拉制进度显示的PC软件界面,利用BlueCore4蓝牙模块实现了拉制过程中的数据无线传输、参数保存功能.测试结果显示：系统拉制出来的玻璃电极在外形、尖端形状以及电极阻抗都已达到膜片钳实验要求.该仪器操作简单,拉制参数设置和保存容易,一次拉制出两根对称电极,为电生理、膜片钳以及其它神经生物实验提供了一个可靠的工具.     

聚酰亚胺基柔性神经微电极的优化

对一种聚酰亚胺基柔性神经微电极进行了结构及制作工艺等方面的优化.针对动物视网膜的刺激,设计制作了具有固定通孔结构的柔性神经微电极.在制作工艺方面,使用空气等离子体表面处理以增强金属层的黏附性,降低了微电极的界面阻抗,增强了微电极稳定性,使之适于长期植入.优化后微电极的电极金属层牢固且具有较低的界面阻抗(43 kΩ),比处理前降低了25.4%,误差减小了约4/5,具有良好的实用性.     

黑质注射鱼藤酮对大鼠行为和丘脑VL核自发放电的影响

研究中脑黑质注射鱼藤酮对大鼠行为和丘脑VL核神经元电活动的影响.运用网格、斜板和开阔试验检测大鼠行为改变；微电极记录丘脑VL核神经元自发电活动.鱼藤酮脑内注射28 d后，大鼠在网格上的移动潜伏期明显增长，沿斜板下滑次数显著增多，自主活动减少，而静止性蹲坐时间显著增多；丘脑VL核神经元自发放电频数显著降低，电频谱峰向低频区聚集，Ⅰ型簇状放电型式减少，更多的表现为规律型放电或Ⅱ型簇状放电.结果表明黑质注射鱼藤酮能诱发大鼠出现肌僵直、行动迟缓、震颤等类帕金森病征状，丘脑VL核神经元自发放电活动相应减弱，放电型式有所改变.     

脑电采集用电极制造技术研究进展

脑电图作为录制脑部神经生理反应产生的电化学活动的有效成像手段,诞生于20世纪20年代。脑电采集用电极作为一种能够有效地将脑部电化学活动产生的离子电位转换成测量系统电子电位的传感器,被广泛应用于临床检测、诊断和康复等研究领域。近年来,由于脑电采集用电极在脑电图采集领域的迫切应用需求,各种脑电采集用电极结构及制造方法不断涌现。通过对现有的脑电采集用电极进行分类(包括传统银/氯化银电极、微针电极、半干电极、电容/非接触电极、杂类电极),对其制造工艺、结构和使用方法进行了全面的综述;最后分析了脑电采集用电极在使用中存在的问题并对应用前景进行了展望。     

不锈钢焊条冶金过程硅元素过渡规律的研究

本文采用混料回归设计调整配方,探讨了钛酸型不锈钢焊条冶金过程中硅元素的过渡规律及影响因素。结果表明,焊条药皮中含量较多的硅铝酸盐是熔敷金属增硅的主要原因。一定量的合金粉对焊缝成分有一定的稀释降硅作用。稀土镁合金对硅的还原反应有较强的抑制能力。赤铁矿和氟化稀土分别在其最佳加入量时,熔敷金属中的硅含量最低。     

柔性衬底MEMS技术制备脑电图干电极阵列研究

设计了一种新型的脑电图干电极,主要用于采集脑电信号以进行基于脑电图的警觉度分析,替代传统的湿电极.采用柔性衬底微电子机械系统(MEMS)加工技术,在柔性衬底上制备出具有化学稳定性与生物相容性的微针状干电极阵列.通过铜牺牲层实现干电极微针的悬臂梁结构,利用聚二甲基硅氧烷(PDMS)剥离层实现器件从玻璃基底的完全释放,并经平面电极的多层组装实现了立体电极阵列.实验中干电极以聚酰亚胺作为柔性衬底,其针端及导线部分材料为镍,针端部分表面镀金.采用Neuroscan的脑电信号采集放大器对干电极性能进行了测试,测得阻抗约为10 kΩ,其时域和频域信号与传统湿电极基本一致.所制备的干电极成品率高、尺寸小、屏蔽佳、装配简单、可靠性好、机械强度大,符合快速、无痛的脑电信号采集要求.     

A high-performance brain-computer interface

Recent studies have demonstrated that monkeys and humans can use signals from the brain to guide computer cursors. Brain-computer interfaces (BCIs) may one day assist patients suffering from neurological injury or disease, but relatively low system performance remains a major obstacle. In fact, the speed and accuracy with which keys can be selected using BCIs is still far lower than for systems relying on eye movements. This is true whether BCIs use recordings from populations of individual neurons using invasive electrode techniques or electroencephalogram recordings using less- or non-invasive techniques. Here we present the design and demonstration, using electrode arrays implanted in monkey dorsal premotor cortex, of a manyfold higher performance BCI than previously reported. These results indicate that a fast and accurate key selection system, capable of operating with a range of keyboard sizes, is possible (up to 6.5 bits per second, or approximately 15 words per minute, with 96 electrodes). The highest information throughput is achieved with unprecedentedly brief neural recordings, even as recording quality degrades over time. These performance results and their implications for system design should substantially increase the clinical viability of BCIs in humans.     

2.5D集成电路中低阻硅通孔的电学性能研究

2.5D集成技术（转接层技术）可以实现不同芯片间的异质集成,基于低阻硅通孔（TSV）的转接层利用了低阻硅的良好导电性,可以代替铜基硅通孔,具有工艺简单、成本低廉的优点.本文对低阻硅通孔进行了电磁学仿真,在1 GHz时,回波损耗S₁₁为-24.7 dB,插入损耗S₂₁为-0.52 dB基本满足传输线的要求.提出了等效电路模型,与电磁仿真结果对比,具有较好的一致性,可以实现在0.1~10 GHz带宽内的应用.最后对低阻硅通孔进行了TDT/TDR及眼图仿真,结果表明虽然低阻硅通孔的电阻对压降有较大影响,但是寄生电容的影响相对较小.      

新型动电测井仪复合式电极系分析和测试

对实际探测器复合式电极系进行研究,重点研究动电测井探测器复合式电极系结构、工作原理及电子系统原理及测试等。使用有限元法进行数值模拟,分析电场响应结果并求解出电极系系数数值解。其次,分析复合电极系电路系统原理并在实验室对发射和采集系统电路进行上电测试和高温实验。结果表明:这种探测器成功地将不同结构和材料要求的声、电探测器融合在一起,且能实现声、电信号记录点深度对齐;电路系统在高温下工作正常,可以进行下井实验。研究结果为动电测井探测器的研究、实现以及井下现场测试提供理论支持。     

高电阻电极对微细电火花放电加工影响的研究

微细电火花放电加工过程中,由于单位脉冲放电的材料去除率(放电凹坑直径)决定了最小加工尺寸以及微细电火花加工的加工表面粗糙度,所以减少单位脉冲放电的材料去除率具有重要作用。为达到此目的,采用具有高电阻材料如单晶硅作为工具电极。分析结果显示,随着工具电极电阻提高,放电电流峰值逐渐降低,脉冲放电时间增加,放电能量减小。另外,研究并测试了硅电极加工不锈钢工件时电阻值对工件表面放电凹坑直径的影响。实验结果表明当硅工具电极电阻值提高时,放电凹坑直径逐渐降低;并达到最小值0.5μm;同时降低了工件表面粗糙度值0.03μm;提高了表面加工质量。     

脑深部刺激电极的结构优化及其模拟分析

为了进一步揭示脑深部电刺激术中微脑电极的结构与电刺激参数之间的关联作用对神经活动的抑制机理,利用有限元方法,研究微脑电极刺激触点结构对其作用区域的刺激范围和刺激程度.分析结果表明,电极触点阵列,特别是触点长度和触点间距是微脑电极结构尺寸中的关键因素,也是对脑电极作用区域影响最大的结构尺寸.电极触点长度或触点间距的增加将会增大对脑部的刺激强度和刺激范围,同时触点长度2倍于触点间距将使得脑部的刺激更加平稳、有效.电极触点长度和触点间距不仅直接影响其作用位置,而且影响其对脑部作用区域的刺激强度和刺激范围的变化规律.研究结果为微脑电极的构建提供了新的设计依据.     

UV-LIGA与微细电火花加工组合制造微细电解阵列电极

采用UV-LIGA与微细电火花加工组合技术制造大长径比微细阵列电极.先通过UV-LI-GA技术制作微细群孔工具电极,然后通过电火花套料加工制作大长径比微细阵列电极.选取优化的工艺参数:前烘110℃保持12h;三步后烘50℃保持5min、70℃保持10min、90℃保持30min;采用谐振式电火花电源,电压200V、峰值电流1.5A、脉宽3.2μs、脉间6.4μs、放电间隙12μm等,制备了直径85μm、长1.5mm,长径比达17.65的微细阵列电极.最后用制作出的微细阵列电极作为工具电极进行微细电解加工实验,在120μm厚不锈钢板上电解加工出直径150μm、形状均匀的微细阵列群孔结构.实验证明:UV-LIGA与微细电加工组合制造技术是一种可行的制作高深宽比微结构的方法;利用微细阵列电极进行电解加工,能实现高效和高精度加工.     

电极添加剂Nanfion乳液对离子膜燃料电池放电性能的影响

离子交换膜燃料电池作为一种理想的氢能发电装置 ,是目前氢能研究开发的热点。用实验方法研究了电极添加剂Nafion乳液对离子交换膜燃料电池电化学性能的影响。实验结果表明 ,在电极中加入适量的Nafion乳液可以显著地提高电极的电催化反应活性。当电极中Nafion乳液的含量为 3%～ 5 %时 ,燃料电池的放电电压和电流密度都处于高峰值状态。实验结果还发现 ,用不同方法配制的Nafion乳液对燃料电池放电性能的影响也有一定的差异