论文摘要
视觉是人最主要的五感之一,具有完好的视觉通路是获得正常视觉的必要条件。研究表明,在盲人中,有大部分盲人的视觉通路未被完全破坏且使用电刺激他们的视觉神经还能产生光幻视。在这些盲人之中,植入人造视网膜假体能帮助他们恢复一定程度的视觉,从而使盲人重见光明。MEMS柔性电极作为神经接口实现人造视网膜假体和患者之间的联接,是应用于仿生医学的人造视网膜假体的最为关键部分之一。人造视网膜假体植入者要获得良好人工视觉的前提是人造视网膜假体必须具有超高的分辨率,相对应在大小一定的MEMS柔性电极上必须具有足够多的刺激通道。以电极—电解液界面简化等效电路基本理论、五点设计要求、电极材料的选取等作为设计依据,提出以126通道MEMS柔性电极为基本原理的设计方案。设计出了126通道MEMS柔性电极,刺激点以9×14的矩阵式排布,刺激点的直径为170μm,电极线宽和最小线间距分别为5μm和5μm,刺激区域边缘创造性地设计了注塑通孔,提高了电极硅胶注塑的密封性。使用聚酰亚胺（PI）作为电极的柔性衬底层,铂（Pt）作为电极导电层,为了增加粘附性,在柔性衬底（PI）和导电金属层（Pt）之间加入钛（Ti）作为粘合层。按照126通道MEMS柔性电极的设计版图,基于MEMS微加工技术,加工出了结构新颖（双层金属夹PI薄层结构）粘附性高的126通道柔性电极,经测试满足设计要求。根据研究表明,在有限的视网膜区域内需要至少集成1000个刺激通道的电极才能帮助盲人进行良好的人脸识别。因此,在126通道MEMS柔性电极的基础上,提出1500通道MEMS柔性电极的设计方案。为了能够在有限的视网膜区域内排布1500个刺激点,对1500通道MEMS柔性电极刺激点的尺寸、间隔以及导线的宽度和排布做了严格的控制。1500通道MEMS柔性电极的设计将电极分为上下两层电极互补排布,充分利用了有限的刺激电极阵列空间区域,保证刺激电极阵列高密度排布在视网膜区域内,电极刺激点以33×44+3×16的矩阵式排布,每个刺激点直径为100μm,导线宽度和最小线间距都是2μm。根据1500通道MEMS电极的设计版图,基于MEMS微加工技术,实现了通道数多,密度超高的1500个刺激点的柔性电极的加工,最后对MEMS柔性进行测试。经过表面形貌、拉伸、弯曲扭转、电化学导通率等分析测试,结果表明,MEMS柔性电极的表面形貌没有明显的划痕、缺损、断线、刺激点或者焊点脱落等现象;拉伸测试后MEMS样品断裂载荷基本分布上4N以上,最大达到8N;弯曲扭转测试后,MEMS柔性电极导通率略微降低,形貌上测试前后没有明显变化,金属线仍然粘附整齐牢靠;电化学测试MEMS柔性电极导通率在80%以上。126通道MEMS柔性电极和1500通道MEMS柔性电极的成功制作,为人造视网膜假体实现超高分辨率打下了坚实的基础,有望实现超高分辨率的人工视觉。
论文目录
文章来源
类型: 硕士论文
作者: 黄金奖
导师: 姜梅,吴天准
关键词: 柔性电极,微电极阵列,人造视网膜,人工视觉
来源: 深圳大学
年度: 2019
分类: 基础科学,工程科技Ⅱ辑,医药卫生科技
专业: 生物学,机械工业,基础医学,生物医学工程
单位: 深圳大学
基金: 中国科学院深圳先进技术研究院广创团队项目 “新一代高分辨率人造视网膜关键技术研发及产业化”
分类号: TH-39;R314
DOI: 10.27321/d.cnki.gszdu.2019.000809
总页数: 79
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