视网膜假体微电极阵列的研究与测试系统

摘要

视觉是人类获取外界信息最为主要的途径,失明不但严重影响了患者的生活质量,而且给社会带来了很大负担。只要视觉传导通路:视网膜、视神经、视皮层,或者是有关处理视觉信息的大脑皮质区域,以上任何一部分出错都可能导致失明。通过植入微电子器件来恢复病人的视力是一种很有前景的解决方案。而微电极阵列作为视觉假体与神经组织的接口是视觉假体设计的关键部分,它的性能直接关系到视觉假体的安全性和有效性,因此对视觉假体刺激电极的研究也成为了本领域内的热点问题,具有重要意义。本文阐述了视觉假体研究的理论基础和现状,分析了国内外视觉假体研究小组所采用的不同类型的微电极,并基于我们研究小组的研究需要,研制了基于双层结构的视网膜上假体薄膜微电极阵列,并为保存、封装和测试该电极设计了具体的操作流程和模具,使电极研究更为标准化和规范化。与此同时,本文研究了电极与电解液界面的理论基础,概述了电极-电解液界面的电化学过程和电极-电解液界面等效电路模型,并根据此提出了使用三电极系统更精确地测量电极频谱特性,为了保护电极以及使测试更为便捷,我们自行构建了自动化测试平台,并根据测试结果评价电极,为每个电极提供数据表单。

目录

摘要

ABSTRACT

目录

图片目录

表格目录

第一章绪论

1.1 视觉的解剖和生理基础

1.1.1 人眼

1.1.2 视神经和视束

1.1.3 视皮层

1.2 失明及低视力

1.3 人工视觉

1.3.1 视觉假体的基础研究

1.3.2 视觉假体的研究现状

1.3.3 视觉假体的分类

1.4 研究内容和结构安排

1.4.1 课题来源

1.4.2 本文的研究内容

第二章 视网膜上假体刺激微电极阵列的研究与制作

2.1 视网膜上假体电极研究现状和趋势

2.1.1 Humayun 小组

2.1.2 Rizzo 小组

2.1.3 C-Sight 小组

2.2 MEMS 技术与植入式电极

2.2.1 MEMS 工艺

2.2.2 MEMS 在生物医学领域的应用

2.3 双层视网膜电极的设计与加工

2.3.1 电极的设计

2.3.2 电极的加工

2.3.3 电极的焊接与封装

2.4 微电极的表面形貌

第三章微电极测试平台的设计与实现

3.1 微电极测试平台的硬件系统

3.1.1 控制电路设计

3.1.2 功能模块实现

3.1.3 下位机程序编写与调试

3.2 测试平台的软件系统

3.2.1 需求分析

3.2.2 总体设计

3.2.3 实现方案

3.2.4 应用实例

第四章 界面阻抗测试原理与测试环境搭建

4.1 电极-电解液界面理论基础

4.1.1 金属与溶液界面

4.1.2 电极-电解液界面的双电层

4.1.3 法拉第反应和非法拉第反应

4.1.4 电极-电解液界面的等效电路

4.2 电极阻抗测试实验方法

4.2.1 阻抗的定义

4.2.2 基于三电极法的阻抗测量

4.2.3 阻抗测量之准备

4.3 电极交流阻抗测试

4.3.1 测试环境

4.3.2 测试流程

4.3.3 测试结果与分析

第五章 总结与展望

参考文献

附录1：自动测试系统原理图

附录2：自动测试系统印刷电路图

附录3：测试电路下位机主要代码

附录4：测试系统界面主要代码

附录5：电极datasheet 范例

致谢

攻读学位期间发表的学术论文目录

上海交通大学硕士学位论文答辩决议书