植入式柔性神经微电极的互连方法.pdf

第 1 6卷第 5期 2 0 1 0年 1 0月 功能材料与器件学报 J OURNAL O F F UNC T I ONAL MAT ER I AL S AND DE VI C ES Vo 1 1 6 No 5 0c t 201 0 文章编号：1 0 0 7 4 2 5 2(2 0 1 0)0 5 0 4 7 1 0 8 植 入 式 柔性 神 经微 电极 的互 连 方 法 周亮，朱壮晖 一，张华。，周洪波，孙晓娜，李刚 ，赵建龙(1 中国科学院上海微系统与信息技术研 究所，上海 2 0 0 0 5 0；2 中国科学院研究生院，北京 1 0 0 0 3 9)摘要：为 了实现植入 式柔性神经微 电极与外部记录或刺激装置 的有效、可靠连接，本文提 出了一种 基于通孔 电镀 的植入式柔性神经徽 电极互连方法。该方法首先制作具有通孔结构的柔性互连膜，并将其通孔与待连接的植入式微 电极焊接位点对准贴合，然后电镀生长导通金属，从而实现与待连 接的植入式器件 的柔性连接。最后本 文通过 S E M观察、电学性能测试、机械强度测试 以及 生物兼 容性测试等手段对此互连方法的焊接效果进行 了评价。测试结果表明本文提 出的柔性微 电极互连 方法具有很好的可靠性和稳定性。关键词：柔性基底；神经微电极；电镀；互连 中图分类号：T B 3 8 1 文献标识码：A An e l e c t r i c a l i nt e r c o nn e c t me t ho d f o r i mpl a n t a bl e f l e x i bl e n e ur a l mi c r o e l e c t r o de s (1 ZHOU Li a n g 一，ZHU Zh ua n g h u i 一，ZHANG h u a ，ZHOU Ho n g b o ，S UN Xi a o n a 一，L I Ga n g ，Z HAO J i a n l o n g S h a n g h a i I ns t i t u t e o f Mi c r o s y s t e m a n d I n f o r ma t i o n Te c h n o l o g y，Chi n e s e Ac a d e my o f S c i e n c e s，S h a n g ha i 2 0 00 5 0，Ch i na；2Gr a d u a t e S c ho o l o f t he Ch i n e s e A c a d e my o f S c i e n c e s，B e i j i n g 1 0 0 0 3 9，C h i n a)Abs t r a c t：I n o r d e r t o a c h i e v e e f f i c i e n t a n d r e l i a b l e i n t e r c o n n e c t i o n be t we e n i mp l a n t a bl e fle x i b l e ne u r a l mi c r 0 e l e c t r o de s a nd e x t e r n a l s t i mu l a t i o n a n d r e c o r d d e v i c e sa n e l e c t ric a l i n t e r e o n n e e t me t h o d b a s e d o n v i ah o l e e l e c t r o p l a t i ng h a s b e e n p r e s e n t e d i n t h i s p a pe r I n t h i s me t h o d，a fle x i b l e i nt e r c o n n e c t fil m i n e l u d i n g v i ah o l e s t r u c t u r e s wa s fi r s t f a b r i c a t e d，a n d t h e n b o n d e d o n a fl e x i b l e n e u r a l mi c r o e l e c t r o d e a f-t e r a l i g n i n g i t s v i aho l e s wi t h t h e we l d i n g p a d s o f t he fle x i b l e n e u r a l mi c r o e l e c t r o de Af t e r t h a t，a n e l e c t r o p l a t i n g p r o c e s s wa s p e rfo r me d t o l J t h e v i aho l e s wi t h t h e g r o wt h o f me t a 1 wh i c h c o u l d f o r m a n e l e c t r i c a l c o nn e c t i o n be t we e n t he fle x i b l e j n t e r c o nn e c t fi l m a nd t h e fle x i b l e mi c r 0 e l e c t r o d e Fi n a l l yt he f a b r i c a t e d d e v i c e s we r e i n v e s t i g a t e d b y S EM，e l e c t r i c a l p e r f o r ma n c e t e s t，me c h a n i c a l s t r e ng t h t e s t，a n d b i o c o mpa t i b i l i t y t e s t Th e r e s u l t s s ho w t h a t t h e p r o p o s e d i n t e r c o n n e c t i o n me t h o d f o r t h e fle x i b l e mi c r o e l e c t r o 一 收稿 日期：2 0 0 91 0 2 7；修订 日期：2 0 1 0 0 1 2 9 基金项 目：国家 9 7 3计 划(N o 2 0 0 5 C B 7 2 4 3 0 5)；上 海 市 自然科 学 基 金 项 目(N o 0 7 Z R 1 4 1 3 4)；上 海 市 A M 基金 项 目(N o 0 8 5 2 0 7 4 0 3 0 0)；中国科学院上海微系统与信息技术研究所青年创新基金项 目(N o 2 0 0 8 Q N C X 0 2)作者简介：作者 简介：周亮(1 9 8 3 一)，男，硕士研究生，主要研 究方 向为 B i o M E M S器件及 应用 通讯作者：g a n g _ l i m a i l s i m a c c n 4 7 2 功能材料与器件学报 1 6卷 d e s h a s g o o d r e l i a b i l i t y a n d s t a b i l i t y Ke y wo r d s：F l e x i b l e s u bs t r a t e；Ne u r a l Mi c r o e l e c t r o d e；El e c t r o p l a t i n g；I n t e r c o n n e c t i o n 0 引言 几个世纪以来，神经科学以及相关的工程研究 一直是生命科学 的热点领域。在神经工程系统 中，电极是其中最关键的部件之一，作为神经 一电子接 口，植入式电极在神经生物学的基础研究和神经疾 患的治疗方面发挥着重要作用。一方面植入式电极 可以将神经活动转换为 电信号被记 录下来进行分 析，以研究神经系统的工作机理 ；另一方面植入 式电极可以利用电信号激励或抑制神经活动以实现 功 能 性 电刺 激(f u n c t i o n a l e l e c t ri c a l s t i m u l a t i o n，F E S)，进行神经疾患的治疗 。传统 的植入式 电 极往往是采用金属丝或微玻璃管进行加工制作，但 是，这类电极加工起来 比较困难，对操作者个人技巧 依赖性 比较大，电极位点通量较低，且难以大批量制 作 。随着微电子技术和微加工能力 的进步，人 们开始将微机 电系统(Mi c r oe l e c t r om e c h a n i c a l s y s t e m，ME MS)技术引入到神经工程领域 以进一步 减小植入式电极的体积、重量和功耗，由此可减小植 入损伤，提 高记 录或刺 激 的选 择 性。目前，基于 ME MS技术的植入式微电极 已经在设计、材料、加工 丁艺和相关支撑技术方面得到 了迅速发展，并得到 了初步应用，比如针式微电极用于深脑刺激抑制 帕 金森病患者震颤，栅格微电极用于监测病人神经外 科手术，植入式假体用于截瘫患者运动控制，人工耳 蜗和人工视网膜用 于患者听觉和视觉 的部分康复 等“。这些基于 ME MS技术 的植 入式微 电极从 基质材料上可以大致分为柔性和刚性两类。刚性微 电极主要是基于硅基材料 的，比如基于硅基的平面 阵列电极、2一D杆状和 3一D针状 电极等 ，这 类电极 具有较好的生物相容性，且具有与 C MO S的 微电子加工丁艺兼容的优势。但是材料的脆性和刚 性容易导致被植入体运动时产生严重的组织损伤或 者南于电极的移位而失去功能?冈此为了减小电极 对生物组织的损伤并确保微电极在活体中的稳定工 作，越来越多的研究者开始偏向于采用聚合物，如聚 酰亚胺(P o l y i m i d e)、聚对 二 甲苯(P a r y l e n e)、聚二 甲 基硅氧烷(P D MS)等，作为基底材料来制作柔性植 入式微 电极。这些 聚合物材料不仅具有 良好 的生物相容性和微加工 艺兼容性，而且具有优 良 的机械性能和介电性质。但是如何实现这些柔性植入式微电极与外部记 录或刺激装置的有效连接一直是一个 比较棘手的问 题。由于许多柔性植入式微电极(比如人工耳蜗和 人工视网膜)往往需要同时有几十甚至上百个与外 部设备相通的并行连接，如果利用常规的金属绞线 来进行连接，所形成器件 的体积相对于植入操作来 说会非常的大，很难满足植入式电极体积小、重量轻 的要求，因此，不少研究小组开始 了基于微加工技术 的微型薄膜互连线 的开发。S t i e g l i t z 等人开发 了一 种”M i c r o F l e x”技术 ，利用金丝球压焊机形成铆 钉结构，将微加工的薄膜互连线的通孑 L 焊盘与植入 式芯片上焊盘连通。但是该技术利用压焊的机械力 来实现两层金属焊盘的接触，容易形成”虚焊”的效 果，可靠性难以保证；而且该技术需要有刚性的芯片 做基底来实现压焊连接，如果直接对柔性器件压焊，则会在柔性器件上形成凹坑，造成金属层的剥离、脱 落，不易实现有效可靠连接。为了实现植入式柔性神经微电极与外部记录或 刺激装置的有效、可靠连接，本文提出了一种基于通 孑 L 电镀的植入式柔性神经微电极互连方法。该方法 首先制作具有通孔结构的柔性互连膜，并将其通孔 与待连接的植人式微 电极焊接位点对准贴合，然后 电镀生长导通金属柱，从而实现与待连接 的植人式 器件的柔性连接。最后本文通过 S E M观察、电学性 能 测试、机 械强度 测试 以及 生 物相 容 性实 验 对 此互 连方 法 的效 果进行 了评价。1 设计概念 植入式柔性神经微电极的互连方法基本设计概 念如图 1 所示。该方案的主要思想是利用通孑 L 结构 结合电镀技术，实现柔性神经微电极和柔性互连膜 的电互连。此设计借用 P C B板制作中实现层 间互 连的通孔连接技术，首先将基 于 ME M S技术制作 的 柔性微电极和集成通孔结构的柔性互连膜对准(使 电极焊接位点 对准柔性互连膜通孑 L)，然后利用光 敏性粘结剂结合光刻工艺，实现两者的有效键合，最 后采用电镀技术在通孔结构 中生长金属柱，实现柔 性电极焊盘点金属层与柔性互连膜上金属层的电性 5期 周 亮，等：植 入式 柔性神经微电极的互连方法 4 7 3 连通。该方法工艺过程简单，与传统微 电子工艺兼 容，适于批量生产，可单次制作同时实现几十甚至上 百个的并行连接，且可有效避免现有技术中互连易 出现虚焊的缺点，同时 由于柔性互连膜体积小、重量 轻、易于集成，可大大减小植入损伤。Fl e x i b l e mi c r o e le c t r o d e El e c t r o p l a t e d Me t a l Ex t e n a l i n t e r t h c e M e t a l l a ye F l e x i b l e i n l e r c o lm e c t i o n fil m t a)(b)Fi g 1 De s i g n c o n c e p t o f t he fle x i b l e n e u r a l mi c r o e l e c t r o d es i n t e r e o n n e c t i o n(a)C r o s s s e c t i o n v i e w，(b)3 D v i e w 图 1 柔性神经微 电极互连设计概念 图。(a)剖面图，(b)立 体 图 2 工艺过程 本方法的具体工艺过程可分成 四大部分：柔性 神经微电极及柔性互连膜的制作、对准键合、电镀和 封装。2 1 柔性神 经微 电极 和柔 性互 连膜 的制 作 柔性神经微电极和柔性互连膜的制作采用参考 文献 1 6 中提出的一种柔性器件制作方法，其 中柔 性基底材料采用光敏性聚酰亚胺(D d u r i mi d e 7 5 1 0，A r c h c h e m i c a l s，N o r w a l k，C T，U S A)。具体工艺流 程如下：(1)硅片上沉积铝牺牲层；(2)通过旋涂、光 刻、固化等工艺制作底层聚酰亚胺；(3)底层上聚酰 亚胺溅射 T i A u(其中 T i 1 0 n m，A u 2 0 0 13 11 1)，并通 过 L i ft O ff工艺完成 金属层 的图形化；(4)按第 2 步相同工艺制作顶层聚酰亚胺；(5)腐蚀铝牺牲层，释放柔性器件(其中柔性神经微 电极待电镀完成后 再释放)。2 2 对准键合 为了利用电镀实现柔性微电极和柔性互连膜的 有效电性连接，必须保证柔性微电极焊接点周围区 域与柔性互连膜通孑 L 结构周围区域紧密贴附。若两 者之间存在问隙将会导致电镀金属沿间隙生长，难 以沿通孔垂直生长形成 连接结构，从而导致互连制 作失败。简单 的物理方法(如夹 具夹持、胶带边缘 同定等)仅能保证夹持点局部 区域的紧密贴附，难 以保证两者在整个 区域的紧密贴附。因此需要寻求 一种有效的方法实现柔性微 电极和柔性互连膜的完 全紧密贴合。本文提出了一种基于光敏性粘结剂的键合方法 实现柔性互连膜与柔性微电极紧密结合。该方法 的 主要特点是：(1)使用具有 良好生物相容性的正性 光敏性聚酰亚胺作为粘结剂(A P 2 2 1 0，A r c h c h e mi c a l s，N o r w a l k，C T，U S A)，保证键合步骤不影响植 入式神经微电极的生物安全性。(2)巧妙利用柔性 互连膜本身作为光掩模，减少工艺步骤，降低制作成 本。由于柔性互连膜基底材料 一一聚酰亚胺能有效 吸收紫外光，所 以该结构层可作为光掩模，结合紫外 曝光，以除去柔性微 电极焊点 区域 的 A P 2 2 1 0粘结 剂，暴露出焊点金属层，便于电镀的实施。该方法的 具体流程如下(见图 2)：(1)在未释放的柔性神经微电极焊接点正上方 滴上少许 A P 2 2 1 0(为了节省材料而无需在整个柔性 神经微 电极表面或表面 中央滴上 大量光刻胶)，高 速旋涂(转速 5 0 0 0 r s)，在焊接点局部 区域形成 厚 度约为 1 5 m的粘结剂层；(2)利用显微操作平 台将柔性互连膜对准贴附 于已涂胶的微电极上，此步必须紧接步骤 1 进行，因 为如果涂胶后静置太久，A P 2 2 1 0中的溶剂会迅速挥 发，不利于贴合操作；(3)将重物压 于贴合好 的微 电极上，并置 于热 板上实现前烘(1 0 ra i n 1 0 0)；4 7 4 功能材料 与器件学报 1 6卷(4)将完成前烘后 的柔性微电极与柔性互连膜 的键合组合体置 于紫外 曝光仪 中(C h e m a t，2 5 4 n m)曝光(5 ra i n)；(5)将曝光后的组合体浸入显影液(T MA H)中 显影 3 0 s，然后去离子水清洗，吹干；(6)最后将键合组合体置于固化炉(R T P一 5 0 0，北京东之星应用物理研究所)，氮气环境下完成粘 结层的完全 固化(1 h 3 5 0)。气 I -I i I II,4 r al v r Du r i mi d eMe t a 1一AP 2 2 1 0嘲s i F i g 2 P r o c e s s fl o w f o r a i n t e r c o n n e c t fi l m a n d a fl e x i b l e mi c r o e l e c t r o d e b o n d i n g(a)S p i n c o a t i n g a d h e s i v e l a y e r，(b)a l i g n i n g a n d a t t a c h i n g t o g e t h e r，(C)u V e x p o s u r e，(d)D e v e l o p i n g 图 2 互连膜与柔性电极对 准键合加工流程 图。(a)旋涂 粘 附层，(b)对准并贴合，(e)紫外曝光，(d)显影 2 3 电镀 在电镀过程中，直流电镀常常有两种电镀模式：恒流模式和恒压模式。采用恒流模式可以灵活地选 择电流密度(根据已知的电镀 区域面积)，通过选择 合适的电流密度来有效地控制电镀的生长速度及致 密度。恒流电镀的这些突出的优点使得其在直流电 镀领域被广泛地采用。然而，在本文中，由于电镀的 不同阶段，电镀区域的面积不断变化，这时恒流电镀 就无法有效地监控、调节整个 电镀过程。所 以本文 拟定采用恒压电镀 的电镀模式，在 电镀的过程中使 用电流表监控电流的变化情况。同时，考虑到整个器件的生物兼容性，本文拟定 采用电镀金的方法在焊点处形成铆钉结构。实验中采用 的金电镀液(购 于常州 化T研 究 所)，其主要成分为亚硫酸金钠(N a 3 A u(S O，)，金 含量约为 5 0 L，p H值为 8 59 0。电镀实验选 用两电极体系，其 中纯金板为对 电极，完成键合后的 神经柔性微电极和柔性互连膜为工作电极。0 5 0 l 0 0】5 O 2 0 02 5 0 3 0 0 3 5 04 0 0 4 5 0 5 0 0 5 5 0 6 0 0 6 5 0 7 0 1)7 5 0N)O F i g 3 I T C u r v e d u r i n g e l e e t r o p l a t i n g 图 3 电镀 I T曲线图 实验采用直流电源提供 一0 5 V一1 V稳压电 源。电镀过程中，典型的电流 一时间曲线如 图 3所 示(电镀电压为 一 0 5 v)，从图中可推测 5 0 3 0 0 m i n 内电镀基本发生底部凹坑 内，3 0 0 m i n后 电镀填满底 部凹坑逐步连接到电极延长线上，5 0 0 m i n后 电镀结 构基本成形，6 5 0 m i n后电镀溢出凹坑表面积逐渐变 大。所以大约 7 5 0 m i n后电镀基本可以完成，达到电 连接的要求。2 4封装 完成电镀连接后，需要对微电极暴露的电镀点 以及 电极两侧边因电镀连通线切割后遗留的金属点 进行绝缘处理，即绝缘封装。考虑到 电极的生物相 容性，封装材料选硅胶材料 P D M S。该类材料已在 医学器件领域广泛地应用 了近半个世纪，其生物相 容性已得到公认。封装方式采用模具浇注。为了保 证注模过程中的良好密封性，本文创新性地使用普 通胶带(如 P V C绝缘胶带)自制模具。此方法具有 成本低廉，无需特殊仪器，操作简便(刀刻 即可成 型)；且模具高度 可通过采用不 同层数胶带叠加进 行灵活调控。F i g 4 A s c he ma t i c v i e w o f mo l d us i ng a dh e s i v e t a p e 图 4 使用胶带制作 的模具示意图 5期 周亮，等：植入式柔性神经微电极的互连方法 4 7 5 本试验中，采用 宽度 1 8 m m，厚度 6 5 u m 的 P V C 绝缘胶进行模具制作。首先，将 4层胶带叠加贴 附 于一干净胶片上，并利用手术刀结合直尺辅 助分别 制作两片具有 方框通孔 结构 的胶带(方框 尺度为 1 2 ram4 mm，与电极封 装区域匹配)，将其 中一片 胶带剥离并贴附于一清洗后的玻片上；然后将 已释 放并进行 电镀导线切割处理的微电极，贴 附于上述 胶带上，使其待封装 区域对准方框并使电镀点向上，再从胶片上剥离另一片含通孔 的胶带贴合于电极封 装区域形成浇注模具(如 图 4所示)；此后，将配制 好 的 P D MS预 聚体(S y l g a r d 1 8 4 s i l i c o n e e l a s t o m e r k i t，D o w C o r n i n g，Mi d l a n d，MI)缓慢倒入模具中，直 至电镀点被覆盖，待 P D MS流动稳定后，置于热板上 加热固化(1 h 8 0)；固化后，使用手术 刀沿边缘 切割，并揭去胶带，即可J ibi!,q 将封装好的微电极及互 连膜一起取下，完成封装任务。实物如图 5所示。F i g 5 Th e p ho t o o f a p a c k a g e d f l e x i bl e n e u r a l mi c r o e l e c t r o de u s i n g PDMS 图 5 P D M S封装后柔性神经微 电极 照片 3 测试及讨 论 3 1 形 貌观测 通孔 电镀金属柱的结构特征是影响其电性连接 效果的重要因素。图 6显示了两个 电极通孔 电镀位 点的 S E M图，图中可以清晰地看到，两层聚酰亚胺 实现 了无缝键合，通孔处 电镀生长的金属也形成了 铆钉形结构，完全覆 盖住 了柔性互 连膜 的导通孑 L。其中图 6(a)所示 的通孔 电镀结构采用电镀 电压为 一0 5 V，电镀时间约 1 2小时；网6(b)所示 的通孔电 镀结构采用电镀电压为 一1 V，电镀时间 8小 时。通 过比较可以看出，图6(b)所示 电镀金属结构有不少 气孔结构，可能由于所用 电镀电压较大，使得电镀金 盖结构变得疏松，这有可能影 响电镀金属结构 的电 导通性能，所 以为了使 电镀 金属结构具有较好 的电 导通性能，电镀金属连接结构时应该尽量采用小电 压、适当延长时问的方式进行电镀。(a)(b)F i g 6 S EM p h o t o o f t he c r o s ss e c t i o n o f e l e c t r o pl a t i n g s t r ut t u r e s w i t h 4 5 v i e w i n g d e g r e e(a)E l e c t r o p l a t e d a t一0 5 V f o r 1 2 h，(b)E l e c t r o p l a t e d a t一1 V f o r 8 h 图 6 电镀点 横截 面 4 5。斜 视 S E M 图。(a)电镀 电压 一 0 5 V，电镀时 问约 1 2小时；(b)电镀 电压 一1 V，电镀 时 间约 8 小 时 3 2力学测试 神经微电极在植人人体过程中和植入人体后，都会不可避免 的受到力的作用。如果 电极和互连膜 连接时机械强度较弱就会影响电极性能乃至损坏微 电极，因此衡量柔性微电极 的力学性能就显得很有 必要了。本文使用微机控制 电子万能试样机(上海 安又达仪器设备 有 限公 司)来 测量微 电极 的抗 拉 力。首先，将连接好 的微 电极及 互连膜(两者的厚 度均为 1 5 Ix m，宽均为 6 3 mi n，长度均为 2 7 mm)放 人夹具 中夹好，其中务必保持 电极的正直 以便有效 拉伸(如图 7)；然后启动程序控制试样机开始拉伸，4 7 6 功能材料与器件学报 l 6卷 观察柔性电极与柔性互连膜组合体断裂的位置并记 录下试样机拉断 电极时所承受的拉力。通过实验发现组合体断裂的地方要么位于柔性 电极结构区域，要么位于柔性互连膜结构区域，而两 者连接区域始终保持完整。这说明连接结构的力学 性能与两个连接体的力学性能基本相同，且整个组 合体的极限抗拉强度约为 1 5 N，完全满足柔性微电 极手术植入需要。Fi g 7 Ph o t o o f t e ns i o n t e s t 图7 拉力测试照片 3 3 电学测试 为了表征柔性神经微电极电镀连接和封装后对 电极电学性能的影响，论文比较 了电极 电镀前后 的 电阻变化。实验 中采用两个 5 0 m 的探针分别压 触于电极的刺激点和柔性互连膜的对外接 口处，通 过使用 2 6 0 2 A S Y S T E M S o u r c e Me t e r(K E I T H L E Y)施 加线性激励电流(从 0 1 Iz A一2 m A，步长为 1 b t A)来测量电压，由此计算出电阻。同时，为了评价电极 植入动物后，体液环境对封装处的影响，论文用生理 盐水模拟体液环境，将封装后的电极置于生理盐水 中浸泡一周，然后测试其电阻变化。实验结果显示(见图 8)，电镀连接结构仅使整 个电极总电阻增加约 4 (3 8 Q)，而电极 一神经 组织界面阻抗通常为几十甚至上百千欧，因此电镀 连接结构的电阻对整个系统的电学性能影响几乎可 以忽略。另外，柔性电极和柔性互连膜组合体经生 理盐水浸泡一周后，其电阻值约增加 了 6 6 ，相对 于系统界面阻抗也基本可以忽略，完全满足长期植 入的要求。l 2 0 0 1 0 0 0 8 0 0 6 0 0 4 0 0 2 0 0 O 徽电极 互联膜 接 好的 电极拉好的电板 Fi g 8 The h i s t o g r a m o f r e s i s t a nc e s 图 8 电阻柱形图 3 4生物 兼容性测 试 因为论文所连接的柔性神经微 电极其最终 目的 是植入活体动物(乃至人体)，所以它须具有 良好 的 生物相容性。这里，论文通过体外细胞培养实验，对 电镀连接及封装后的电极进行了初步的生物相容性 评价。首先将经电镀连接的柔性电极和柔性互连膜组 合体进行清洁和消毒处理，然后将其置于培养有 S K NS H人神经母细胞瘤细胞(取 自上海生命科学 研究院细胞资源 中心)的培养皿(3 7 o C，5 C O )中，培养基为含有 1 0 F B S(F e t a l B o v i n e S e r u m，胎 牛血清)的 D ME M(D u l b e c c o M o d i fi e d E a g l e M e d i u m)。培养 4 8小 时后观测细胞的生长情况。图 9 显示 了 S KNS H细胞的形态和分布情况。从 图 9(a)中可以看 出P D MS 封装 的电镀 连接点 区域细 5期 周亮，等：植入式柔性神经微电极的互连方法 4 7 7 F i g 9 I n v i t r o b i o c o mp a t i b i l i t y t e s t s (a)S KN S H c e l l o n t h e p a c k a g e d fl e x i b l e m i c r o e l e e t r o d e，(b)S KNS H c e l l o n t h e c o n t r o l s ub s t r a t e 图 9 体外生物相容性 实验。(a)封 装后柔 性微 电极 上 S K N S H细胞生长情况，(b)对照组 S KNS H细胞生 长 情况 胞生长情况 良好，与对照组(如图 9(b)所示)相 比，细胞的形态和繁殖密度基本相 同。因此，从细胞毒 性角度分析，可以认为：基于电镀工艺焊接的柔性神 经微 电极基本符合植入式器件 的生物相容性要求。4 结论 本文提出了一种基于通孑 L 电镀的植入式柔性神 经微电极互连方法。该方法首先通过标准光刻工艺 制作带有通孔结构的柔性互连膜，并利用该通孔柔 性互连膜基底材料本身的滤紫外特性，以”无掩膜”曝光工艺键合柔性神经微 电极和柔性互连膜；然后 利用通孔电镀工艺实现柔性神经微电极和柔性互连 膜的可靠电连接；最后采用基于胶带制作的简 易模 具浇注 P D MS完成微电极的封装。此方法可有效避 免现有柔性电极互 连技术 中易出现虚焊 的缺点，保 证神经微 电极_T作 的可靠性；而且本文提出的方法 具有T艺简单、成本低廉、与传统微电子工 艺兼容、易于批量制作的优势，有利 于柔性神经微电极及相 关柔性植人式器件 的推广利用 和发展，对于促进神 经科学的基础研究和神经疾患治疗及康复具有积极 意 义 参考文献：1 I U l b e r t I，f t a l g r e n E，t t e i t G，K a r m o s GMu l t i p l e m i c r o e l e c t r o d e r e c o r d i n g s y s t e m f o r h uma n i n t r a c o r t i c a l a p pl i c a t i o n s J o u r n a l o f n e u r o s e i e n c e m e t h o d s，2 0 0 1，1 0 6(1)：697 9 2 H e e r F，H a fi z o v i c S，U g n i w e n k o T，F r e y U，F r a n k s W，P e r r i a r d E，P e r r i a r d J，B l a u A，Z i e g l e r C，Hi e r l e ma n n A S i n g l ec h i p mi c r o e l e c t r o n i c s y s t e m t o i n t e r f a c e wi t h l i v i n g c e l l s B i o s e n s o r s a n d B i o e l e c t r o n i c s，2 0 0 7，2 2(1 1)：2 5 4 6 2 55 3 3 S h e f fl e r L，C h a e J N e u r o mu s c u l a r e l e c t r i c a l s t i mu l a t i o n i n n e u r o r e h a b i l i t a t i o n Mu s c l e a n d N e r v e，2 0 0 7，3 5(5)：5 6 2 5 90【4 P e c k h a m P，K n u t s o n J F u n c t i o n a l e l e c t r i c a l s t i m u l a t i o n f o r n e u r o mus c u l a r a p p l i c a t i o n s An n ua l r e v i e w o f bi o me d i c a l e ng i n e e r i n g，2 00 5，7：3 2736 0 5 Me r r i l l E，A i n s w o r t h AG l a s s c o a t e d p l a t i n u mp l a t e d t u ng s t e n mi c r o e l e c t r o d e s Me d i c a l a n d Bi o l o g i c a l En g i ne e r l u g a n d C o mp u t i n g，1 9 7 2，1 0(5)：6 6 2 6 7 2 6 S c h a n n e O，L a v a)l e e M，L a p r a d e R，G a g n e S E l e c t r i c a l pr o pe r t i e s o f g l a s s mi c r o e l e c t r o d e s P r o c e e d i n g s o f t he I E E E，1 9 6 8，5 6(6)：1 0 7 21 0 8 2 7 L i m o u s i n P，K r a c k P，P o l l a k P，B e n a z z o u z A，A r d o u i n C，Ho ffma nn D，Be na bi d AEl e c t r i c a l s t i mu l a t i o n o f t h e s ub t ha l a mi e n uc l e u s i n a dv a n c e d Pa r k i ns o n s d i s e a s e Ne w E n g l a n d J o u r n a l o f Me d i c i n e，1 9 9 8，3 3 9(1 6)：1 1 0 5 1 l 1 1 8 S e r r u y a M，H a t s o p o u l o s N，P a n i n s k i L，F e l l o w s M，D o n o g h u e J Br a i nma c h i n e i n t e rf a c e：I n s t a n t n e u r a l c o n t r o l o f a m o v e m e n t s i g n a 1 N a t u r e，2 0 0 2，4 1 6(6 8 7 7)：1 4 1 1 4 2 9 B e n a b i d A，P o l l a k P，G a o D，H o f f m a n n D，L i m o u s i n P，Ga y E，Pa y e n I，Be n a z z o u z A Ch r o ni c e l e c t r i c a l s t i mu l a t i o n o f t h e v e nt r ali s i n t e r me di us nu c l e us o f t h e t h a l a mus a s a t r e a t me n t o f mo v e me n t d i s o r d e r s J o u r n a l o f n e u r o s u r g e r Y，1 9 9 6，8 4(2)：2 0 3 2 1 4 1 0 L o e b G C o c h l e a r p r o s t h e t i c s A n n u a l R e v i e w o t N e u r o s c i e n c e，1 9 9 0，1 3(1)：3 5 73 7 1 1 1 C h o w A，C h o w V，P a c k o