为了获得导电岛微电极系统中纳米线的介电组装特性, 基于平面微电极对和导电岛微电极系统, 进行了两种系统中纳米线操控的对比实验。分别建立了平面微电极对和导电岛微电极系统的纳米线介电组装模型, 探究了两种模型下的纳米线从初始位置到最终桥接上微间隙过程中的运动轨迹; 分析了导电岛微电极系统中纳米线所受的介电泳力、交流电热流以及两者合作用的电动力学行为。导电岛微电极系统对纳米线有着较强的介电俘获作用, 导电岛的加入能够让纳米线更好地俘获到微间隙; 同时纳米线的介电组装会受到频率的影响, 当频率达到翻转频率, 在微间隙上方产生的微流体漩涡能够把远场区域纳米线输送到组装区, 使得纳米线受到正介电泳力的作用而被组装至微间隙。
1 长治医学院 物理教研室, 山西 长治 046000
2 中国科学院半导体研究所 集成光电子学国家重点实验室, 北京 100083
3 中国科学院大学, 北京 100083
光遗传(Optogenetics)结合光学和遗传学手段, 可以精确地控制特定神经元的活动, 为神经科学的研究提供了强有力的手段。光电极在光遗传研究中起着关键的作用, 它可以将光导入到动物体内, 并通过电极记录神经元在光调控下的活动。为了减小体积、增加功能, 依托高密度集成硅微电极和裸光纤, 设计并制备了一种植入部分横截面尺寸不超过0.1mm2、包含2个平行的给光通道和32个记录点的光电极器件。与传统的单光通道电极相比, 两个通道可以更灵活地配置不同的激发波长, 对不同位点的神经元同时进行激活或抑制。32通道的硅电极与传统的金属丝电极相比, 集成度更高, 能够以更高的空间分辨率记录神经元在激发前后的活动情况。
光遗传 光电极 硅微电极 光纤 微电子机械系统 optogenetics optrode silicon microelectrode optical fiber MEMS
1 中国科学院半导体研究所 集成光电子学国家重点实验室, 北京 100083
2 中国科学院大学, 北京 100049
3 中国科学院脑科学与智能技术卓越创新中心, 上海 200000
为了减小神经电极的宽度, 提高电极在光照下的抗噪声干扰能力, 提出了一种基于0.18μm CMOS工艺的抗光噪声神经微电极。采用CMOS的多层布线代替传统电极导线的单层排布, 并将电极衬底接地以有效减小光噪声。阐述了基于CMOS工艺的神经电极结构设计、制备过程与结构表征, 并对所制备的神经电极进行了电化学阻抗测试和光噪声测试。该神经电极宽度仅为70μm, 实验证明: 1kHz频率下电极的阻抗一致性好, 且在1mW/mm2的光遗传常用光辐照下, 该电极的噪声电压仅为0.07~0.08mV, 远低于传统硅电极12~13mV的噪声幅值。结果表明, 基于CMOS工艺的神经电极抗光噪声能力远优于传统硅电极, 对硅基微电极在光遗传中的应用具有重要意义。
CMOS工艺 神经微电极 光噪声 电极宽度 CMOS process neural microelectrode light noise electrode width
山东大学 力学与机电装备联合工程技术研究中心, 山东 威海 264209
为实现高回转精度多阶柱状微电极的高效加工, 对多阶柱状电极电化学刻蚀过程进行了深入的研究与改进。首先, 根据电化学刻蚀理论推导了加工电流对电极直径变化的影响规律; 通过试验证明了电极旋转可提高电流变化速率及有效起始电流进而提高加工效率, 定性分析了电极旋转对电极回转精度的影响, 提出了分阶变转速高效加工高回转精度多阶柱状微电极的方法; 通过试验分析了各加工参数(电极转速、加工电压和切断电流)对电极形状及尺寸的影响; 最后, 在优化后的加工参数下, 成功加工得到末端直径小于15 μm且同轴度误差在1 μm以内的多阶柱状微电极, 与常规电化学刻蚀工艺相比, 显著提高了加工效率。试验证明旋转电化学刻蚀是一种能够较好地提高微电极加工效率及回转精度的新工艺。
多阶柱状微电极 加工效率 回转精度 电极旋转 加工电流 multi-stepped cylindrical microelectrode machining efficiency rotating precision electrode rotation machining current
1 中国科学院 电子学研究所, 传感技术国家重点实验室, 北京 100190
2 中国科学院大学, 北京 100049
研制了一种用于硝酸根检测的小型电化学测量系统。该系统利用由微机电系统(MEMS)技术制备在玻璃基底上的铜簇修饰工作电极(WE)和铂对电极(CE), 实现对水中硝酸根离子的浓度检测。设计了一个低噪声、高精度的恒电位仪模块来实现工作电极表面铜层的自更新、线性扫描电压的产生以及μA~mA级响应电流的检测。应用STM32F407微控制器控制测量过程并将检测结果显示在电容触摸屏上。实验结果表明, 在0~71.4 μmol·L-1浓度范围内, 系统对硝酸根的检测具有较好的线性度(0.996)。与电化学工作站的检测结果进行对比, 该小型系统表现出良好的性能。
硝酸根检测 微电极 恒电位仪 电化学测量 nitrate detection microelectrode potentiostat electrochemical measurement 强激光与粒子束
2015, 27(2): 024154
Author Affiliations
Abstract
Biosensor National Special Laboratory Key Laboratory for Biomedical Engineering of Education Ministry Department of Biomedical Engineering Zhejiang University, Hangzhou 310027, P. R. China
Qualitative and quantitative analysis of trace heavy metals in aqueous environment are rapidly assuming significance along with the rapid development of industry. In this paper, gold microelectrode array (MEA) plated with mercury film was used for simultaneous voltammetric detection of zinc, cadmium, lead and copper ions in water. The electrochemical behavior and the actual surface area of the MEA were investigated by cyclic voltammetry in K3[Fe(CN)6]. Electrochemical impedance spectrum (EIS) was utilized to examine the deposition of mercury on the electrode surface. Based on anodic stripping voltammetry, mercury film-Au MEA was applied to the detection of heavy metals in artificial analyte, where good calibrate linearity was obtained for cadmium, lead and copper ions, but with zinc exhibiting poor linearity.
Microelectrode array (MEA) chip heavy metals detection water pollution Journal of Innovative Optical Health Sciences
2012, 5(1): 1150002
1 上海交通大学 生命科学技术学院,上海 200240
2 上海大学理学院 纳微能源研究所，上海 200444
3 上海交通大学 微纳科学技术研究院, 上海 200240
4 中国科学院 上海微系统与信息技术研究所, 上海 200050
针对多通道柔性神经微电极的设计及制作，研究了微电极的加工工艺。采用一种新型的柔性聚合物材料——聚对二甲苯(parylene C)作为微电极的基底和绝缘材料，借助微细加工技术，制作了36通道(按6×6矩阵排列)的柔性神经微电极，微电极的尺寸分别为Φ150 μm(圆形)和150 μm×150 μm(方形)，电极引线线宽为30 μm。无论微电极为圆形或方形，表面均平整光滑、轮廓清晰。电学性能测试结果表明，1 kHz时微电极的阻抗仅为7 kΩ左右，且随着频率的增加，阻抗逐渐降低，呈明显高通特性。微电极加工质量较好，电学性能优良，实现了微电极和柔性基底的集成，有利于高效率批量制作，为视觉假体中柔性神经接口的研制奠定了基础。
神经微电极 柔性基底 聚对二甲苯 微细加工 neural microelectrode flexible substrate parylene microfabrication 光学 精密工程
2009, 17(10): 2465
