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全球神经微电极专利技术的发展

 舒林波

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      日本松下公司(MATU)于1977年7月21日提出了微电极阵列的申请,将MEMS光刻及选择刻蚀技术应用于电极的制备中,得到微细电极。MEMS工艺的发展奠定了微电极技术发展的基础并将电极等电学元件趋于小型化。此后,微电极的形式越来越多其应用也越来越广,由于其表面极小具有许多常规电极所没有的独特优点,后来被应用于电生理等方面。
      美国麻省理工大学(MASI)于1979年11月5日发展了用于监测大脑和肌肉潜能的多电极组件,该微电极包括多个形成在金属基材表面的线性阵列传感元件。上述的多电极组件可有效地降低对大脑的损伤,可以对神经组织的刺激响应进行多点感测。
      随后,日本科学技术研究院(AGEN)于1981年4月10日提出了一种针形阵列神经微电极,由覆盖由铁磁性金属玻璃管组成,一端针尖状,该微电极用于生物体内检测神经系统的功能。同期前苏联莫斯科医学研究所(MOME-R)于1985年11月28日提出了一种多通道玻璃微电极,其增加了固定,可应用于跳动心脏的生物细胞,并具较好的稳定性,同样为一种针形微电极。
      上述十几年是神经微电极的起步阶段,申请人主要集中在美国和日本,技术发展主要依赖于各大科研院所的研究。而三维针形微电极阵列因其具有高密度、有序性等独特的优势进而受到了越来越多的关注。基于上述优点对于微电极的申请量也逐年稳固增加,微电极相关技术也逐渐成熟。
      随着材料科学旳进步,基底材料旳选择成为了人们关注的焦点,是微电极技术发展的关键。微电极阵列在其发展初期阶段多以硅材料或玻璃刚性材料为基底,但由于硅材料的脆性和刚性,当被植入人体运动时,容易导致组织的机械损伤或由于电极移位而失去功能,使其应用受到限制。因此,越来越多的研究者开始采用聚合物作为基底材料制作柔性微电极。
      在聚合物柔性基底材料得到了极大关注后,人们发现聚合物中parylene不仅具有良好的密封性能和化学性能,还能抵御各种腐蚀性气体的侵害,而且具有优良的机械强度和生物相容性和稳定性。密歇根大学于2006年6月14日提出了一个应用于诊断系统的微电极,该微电极采用了parylene材料作为电极轴,上述系统还具有将流体输送至神经组织的通道,具备了输送药物和电记录等多重功能,提高了器件的集成化。
      由此,神经微电极无论是从制备技术,形成材料或者功能形态上讲,都随着MEMS技术以及材料科学的发展,不断进步,制备工艺越来越简单,形成材料从最初的硅基刚性材料到生物相容性更好的柔性材料。神经微电极器件对神经组织的损伤更小,功能更集成化。
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