《表2 柔性植入式生物电检测电极总结》

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《柔性生物电传感技术》

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Parylene具有无毒、化学惰性强、生物相容性好、不易生物降解、绝缘性好等优势，常被用来作为植入式生物电检测电极制作的基底材料[46]。Chou等利用聚对二甲苯、PDMS、Ti/Au构建了一种四层的柔性电极阵列来测量皮质层脑电图。他们首先在PDMS上沉积了一层聚对二甲苯，然后在聚对二甲苯层上通过磁控溅射工艺沉积了Ti/Au层，并通过光刻技术对其进行图案化，最后在其表面沉积一层聚对二甲苯。实验结果表明该电极在弯曲180°时电阻变化不到0.1%；在经过50 000次的重复弯曲实验后，电阻变化不到0.5%；使用37℃、p H为7.4、Na Cl含量0.9%的磷酸缓冲盐溶液浸泡10 d后，电极在1 k Hz条件下阻抗平均变化为1.07%，可以很好地应用在模拟的皮质层中，但该电极在生物体内的应用还没有被验证[46]。Ochoa等通过深反应离子蚀刻在硅晶片上刻蚀图案，接着沉积一层PDMS，再在PDMS上沉积5μm厚的聚对二甲苯，然后沉积和图案化0.1μm金层，最后又在金属层上沉积了0.5μm的聚对二甲苯并进行图案化，设计了一种植入式神经电极阵列。他们成功将电极阵列放在小鼠的听觉皮层上，并进行了神经活动的记录，但在长期使用时需要进一步优化电极尺寸以降低颅内压增高的风险[47]。Xu等将多组直径为30μm的电极与金属线封装在两个10μm厚的聚对二甲苯薄膜之间来制作植入式柔性电极阵列，然后成功将其植入到300～400 g的老鼠体内并对海马神经活动进行记录和分析，但该电极在长期植入中的稳定性还需要进一步验证[48]。PI和PDMS有着很好的生物相容性和化学惰性等优点，也被广泛用于植入式电极的制作。Sauter-Starace等开发了一种可植入式基于PI和CNT的柔性多电极阵列，并通过手术将其植入猴子的大脑皮质中进行了为期一年的观察，结果发现植入一年后该柔性电极依然能清楚地记录神经活动[49]。Choi等在PI柔性衬底上通过磁控溅射和光刻技术沉积并图案化金属层来制作可植入式脑电电极，然后使用粘固剂将电极植入并固定在小鼠颅骨上，成功记录了脑电信号，在实验过程中未观察到电极对小鼠造成明显的损伤，但该电极也有可能对小鼠造成其他潜在的损伤或后遗症，且信号检测的灵敏度范围无法确定[44]。Hassler等将制作的PI电极浸涂一层凝胶层，该电极在干燥环境下变硬，当遇到水或类似液体时恢复柔性。实验表明该电极不需要借助外在工具就可以直接插入到小鼠大脑组织中，但电极性能以及异物反应等还需进一步研究[50]。David等制备了一种用于记录神经元活动的柔性碳纳米管电极阵列，他们首先在硅衬底上沉积Ni层，再通过光刻技术对其进行图案化，然后通过化学气相沉积生长出图案化的碳纳米管薄膜，接着在上面沉积柔性衬底并进行剥离，最后用多孔PDMS膜对其进行封装，如图5所示。在小鸡视网膜实验中，成功记录了相关神经活动信号，且该电极与商用Ti N电极有着相当的性能[45]。目前柔性植入式电极的电极材料、加工方式和优势等如表2所示，通过分析可知相比于传统电极，柔性电极使得体内长期监测成为可能，但目前成功应用于体内生物电信号监测的柔性电极相对较少，在加工方式、材料选型、生物相容性及信号稳定性上还有很大优化空间。