【摘要】：近年來,隨著對神經(jīng)元信號傳輸機(jī)制的深入研究以及對腦部疾病臨床解決方案的不斷探索,醫(yī)學(xué)上對于神經(jīng)元信號的檢測提出了更高的要求。高靈敏度、高分辨率、高生物兼容性、低損傷、低成本的生物電極的開發(fā)成為生物腦電信號研究的要求。而傳統(tǒng)的全植入式腦電極雖然有較高的信噪比但是損傷大,植入后生物體產(chǎn)生的急性及慢性炎癥反應(yīng)不僅損傷大腦還會導(dǎo)致電極失效;非植入式檢測信號的方式如腦電圖(Electroencephalograph,簡稱EEG)、功能性磁共振成像(Functional Magnetic Resonance Imaging,簡稱 fMRI)、和腦磁圖(Magnetoencephalography,簡稱MEG)等,雖然不會對大腦造成損傷,但是由于分辨率低,仍然難以滿足現(xiàn)代醫(yī)學(xué)對于腦電信號精確檢測、疾病診斷甚至疾病治療提出的要求。而腦皮層電圖(Electrocorticography,簡稱ECoG)電極作為一種全植入非穿刺式用于讀取皮質(zhì)層信號的電極,可以檢測到高分辨率的信號,同時(shí)對腦部的損傷有限,因此在腦科學(xué)研究領(lǐng)域有非常廣闊的應(yīng)用前景。本文提出兩種新型ECoG電極陣列——柔性ECoG電極陣列和可降解ECoG電極陣列,并采用微納加工工藝制備出了兩種電極。柔性ECoG電極陣列可以緊密貼合皮質(zhì)層表面,檢測出高分辨率的腦電信號;可降解ECoG電極陣列實(shí)現(xiàn)柔性ECoG電極的優(yōu)點(diǎn)的同時(shí)還可以在工作一定時(shí)間后被生物體降解,避免電極取出手術(shù)可能造成的感染。本文同時(shí)運(yùn)用體外和體內(nèi)的多種測試方法,驗(yàn)證了電極的優(yōu)良性能,證明了電極可以檢測出高信噪比的ECoG信號,適合臨床實(shí)驗(yàn)和實(shí)際應(yīng)用特別是癲癇的診斷和檢測。具體的研究內(nèi)容和成果如下:1.獲得了成熟、穩(wěn)定的柔性ECoG電極陣列工藝流程�；趯�(shí)驗(yàn)室的微納加工平臺研究出一套完整的柔性ECoG電極陣列制備工藝,并制作出性能穩(wěn)定的高密集型的32通道柔性ECoG電極陣列。電極陣列金屬層與襯底和封裝層有很好的結(jié)合力,體外電化學(xué)阻抗測試顯示了 32個(gè)通道均小于120kΩ,說明該工藝制備的柔性ECoG電極陣列適合進(jìn)行體內(nèi)植入。將柔性ECoG電極陣列植入體內(nèi)進(jìn)行信號采集,能夠在不同位點(diǎn)采集到不同波形,證明電極的柔性使其可以緊密貼合皮質(zhì)層表面得到清晰的腦電信號,并且高密集型的觸點(diǎn)設(shè)計(jì)保證了電極覆蓋范圍內(nèi)各個(gè)位置皮層信號的準(zhǔn)確采集。2.制備了可降解ECoG電極陣列。根據(jù)可降解高分子材料不耐高溫,柔性較差,易溶于有機(jī)溶劑等特點(diǎn),提出了針對可降解電子器件的工藝方案。同時(shí)比較了三種不同可降解襯底及封裝層材料明膠、聚乳酸-羥基乙酸共聚物(poly(lactic-co-glycolic acid),簡稱PLGA)、左旋聚乳酸與聚已內(nèi)酯共聚物(L-Iactide-co-ε-caprolactone,簡稱PLLA/PCL)對可降解電極穩(wěn)定性的影響,最后P CL/PLL A憑借優(yōu)良的柔性和可拉伸性能以及相對較好的耐高溫性能被用做本研究的襯底與封裝層材料。為了驗(yàn)證本研究中可降解電子器件的工藝方案對于制備其他生物電子器件同樣適用,在可降解ECoG電極陣列一端設(shè)計(jì)了顱內(nèi)壓傳感器。3.研究了可降解ECoG電極陣列的降解過程,說明了可降解ECoG電極陣列啟用后失效時(shí)間為5天,滿足大部分臨床應(yīng)用的要求;電極的體內(nèi)測試分別運(yùn)用大鼠的睡眠模型和癲癇模型,說明電極對于生理信號和病理信號的檢測都可以進(jìn)行精確的檢測,可降解ECoG電極陣列適合用于慢性病監(jiān)測。
【圖文】：

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【學(xué)位授予單位】：浙江大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：R741.044;TN911.23

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本文編號：2616032