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脑电信号采集干电极阵列研究

吴澄  
【摘要】:生物电势的测量记录在医学应用以及学术研究中发挥着重要的作用,是不可缺少的一种关键手段,其中脑电图(EEG)更是在研究大脑功能与疾病方面起着极其重要的作用。传统测量EEG方法是采用湿电极,使用方法较为复杂且受所处环境的限制较大,而新型的干电极使用起来更为简单且可便携化,符合现代医疗保健个人化的社会需求。 MEMS技术是近年来随着硅微加工技术发展起来的一种微加工技术,通过光刻等技术,可以在微米甚至纳米尺度上制备元器件。近几年来,在MEMS领域中出现了柔性MEMS和Bio-MEMS技术。柔性MEMS技术在柔性基底上加工出微米尺度的器件,这样制备的器件具有能经受冲击、能够折叠弯曲等优点;而Bio-MEMS技术利用MEMS技术制造体外分析诊断器件和体内植入器件。 本文的研究内容包括:基于微机电系统(MEMS)工艺以及EEG信号采集要求设计了多种微针干电极,包括立体电极、聚酰亚胺衬底平面电极和全金属平面电极三种。其中立体电极阵列为10×10,每根微针的直径分别为50μm、60μm、80μm;聚酰亚胺衬底平面电极分为两批,第一批微针尺寸为250μm(l)×50μm(w)、300μm(l)×60μm(w)与350μm(l)×80μm(w),高度均为40μm,第二批为300μm(l)×150μm(w)与500μm(l)×200μm(w),高度均为60μm;全金属平面电极分为直针和斜针,直针尺寸与第二批聚酰亚胺平面电极相同,斜针还包括底座,与电极夹角60°,斜针尺寸350μm(l)×150μm(w),高度为60μm,底座边长为500μm。第二,设计了微电极阵列的MEMS加工工艺,利用溅射、刻蚀、光刻、电镀等工艺实现了微电极阵列的制备。实现了不同的工艺流程,并进行工艺后分析。在溶液浓度0.9%的生理盐水中测试了平面电极,在0.1 Hz到1000 Hz之间的阻抗总体情况都达到了100 k?~100 ?。第三,进行了人体实验,将平面电极与传统湿电极的效果进行了比较,也进行了不同平面电极之间的比较。证实每种电极都能采集到脑电信号,其中第二批聚酰亚胺衬底平面电极和全金属平面电极(直针)采集到的信号较好,尤以6片至10片组装的效果最佳。


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