柔性植入式神经微电极的界面修饰方法

技术领域

本公开涉及半导体技术领域，尤其涉及一种柔性植入式神经微电极的界面修饰方法。

背景技术

神经微电极是脑机接口的重要组成部分，具有更高通量的柔性电极阵列结合其独有的分布式植入方式，能够实现对更多大脑神经元信号的准确记录，从而提高脑机接口控制的精度。目前，在千通道柔性植入式神经微电极的慢性记录方面，国外少数机构占据领先地位，国内尚无一家机构能够真正实现这一量级的记录。

为实现千通道柔性植入式神经微电极的慢性记录，可以利用现有的64通道柔性植入式神经微电极，结合定制的64通道微型headstage，通过层叠的方式制备出一个包含256个记录点和具备256导输出能力的高通量柔性植入式神经微电极。但是该电极上的单个裸金界面记录点直径约为10μm，阻抗达到1.2-1.8MΩ，热噪声过大导致信噪比严重下降。因此，需要借助导电聚合物材料PEDOT进行界面修饰以降低阻抗，改善电极的电化学性能，并且PEDOT具有良好的生物相容性，有助于减小对神经元的损伤，保证电极能够长期在体工作。由于该记录系统中，为减小器件整体体积和质量，电极直接压焊到64通道微型headstage的焊盘处，其只能传输数字信号，这导致常规的PEDOT电聚合无法实施。同时电化学法修饰多个记录点需要消耗大量时间，严重影响到器件的制备效率。

发明内容

本公开的主要目的在于提供一种柔性植入式神经微电极的界面修饰方法，其可有效改善电极的电化学性能，又能够同时对多个记录点进行修饰，提高器件制备效率。

为实现上述目的，本公开实施例提供一种柔性植入式神经微电极的界面修饰方法，包括：

S1，选择去离子水作为溶剂，配制氧化剂溶液A；

S2，在制备有柔性植入式神经微电极的晶圆上滴加光刻胶AR-N4340直到覆盖整个所述晶圆，以得到预设厚度的光刻胶掩膜；

S3，将所述氧化剂溶液A滴加到所述晶圆上需要修饰的柔性植入式神经微电极的记录点处，所述氧化剂溶液A的液滴完全覆盖记录点；

S4，将EDOT单体滴到所述晶圆上所述氧化剂溶液A的液滴干燥后的位置，将所述晶圆放入烘箱中；

S5，在烘箱中进行聚合反应，取出后将聚合有PEDOT的位置放置于显微镜下镜检；

S6，将修饰有PEDOT的晶圆放置于丙酮中进行超声处理，剥离去除非记录点处聚合的PEDOT以及残留的杂质。

可选的，在步骤S1中，将去离子水倒入盛放有氧化剂Fe(III)PTS的烧杯中，进行搅拌，得到混合均匀的氧化剂溶液A，其所述中氧化剂Fe(III)PTS的质量分数为0.07-0.32％，搅拌转速为1600r，时长不少于2小时。

可选的，在步骤S2中，在制备有柔性植入式神经微电极的晶圆上滴加光刻胶AR-N4340直到覆盖整个所述晶圆，依次旋涂，前烘，曝光，后烘，显影，大量去离子水冲洗，得到预设厚度的光刻胶掩膜。

可选的，在步骤S3中，在等离子体去胶机中-101.1KPa条件下抽真空2-3min，将晶圆置于烘箱中常压下80℃干燥5-10min，取出后在环境温度中静置。

可选的，在步骤S4中，EDOT单体滴加条件为：每个电极≥0.05mL。

可选的，在步骤S5中，若聚合不充分，则在记录点处EDOT未聚合的位置再次滴加所述氧化剂溶液A，再次放入烘箱中进行聚合反应，直到记录点处EDOT完全聚合成PEDOT为止。

可选的，在步骤S5中，烘箱中聚合反应条件为：70℃，聚合反应的时间为：0.5-1h。

可选的，在步骤S6中，超声条件为：频率40KHz，功率90W，时间≤30s。

可选的，在步骤S6中，剥离去除非记录点处聚合的PEDOT以及残留的杂质之后，用丙酮棉轻轻擦拭电极3-6次，去除未剥离干净的部分。

从上述技术方案可以看出，本发明提供了一种柔性植入式神经微电极的界面修饰方法，至少具有以下有益效果其中之一或其中一部分：

1.能够修饰后端直接连接微型headstage且具有微小记录点的高通量柔性植入式神经微电极，并且修饰后电极的电化学性能得到改善，有利于神经电信号的记录；

2.可实现同时对多个电极记录点的修饰；

3.界面修饰可重复进行，操作简便。

附图说明

为了更清楚地说明本公开实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本公开的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本公开一实施例提供的柔性植入式神经微电极的界面修饰方法的流程示意图；

图2为本公开一实施例提供的剥离处理后柔性植入式神经微电极的记录点的示意图；

图3为本公开一实施例提供的修饰前后在1KHz频率下的阻抗数据的示意图。

具体实施方式

为使得本公开的公开目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将结合本公开实施例中的附图，对本公开实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本公开一部分实施例，而非全部实施例。基于本公开中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本公开保护的范围。

请参阅图1，图1为本公开一实施例提供的柔性植入式神经微电极的界面修饰方法的流程示意图，该方法主要包括以下步骤：

S1，选择去离子水作为溶剂，配制氧化剂溶液A。

S2，在制备有柔性植入式神经微电极的晶圆上滴加光刻胶AR-N4340直到覆盖整个该晶圆，以得到预设厚度的光刻胶掩膜。

S3，将该氧化剂溶液A滴加到该晶圆上需要修饰的柔性植入式神经微电极的记录点处，该氧化剂溶液A的液滴完全覆盖记录点。

S4，将EDOT单体滴到该晶圆上该氧化剂溶液A的液滴干燥后的位置，将该晶圆放入烘箱中。

S5，在烘箱中进行聚合反应，取出后将聚合有PEDOT的位置放置于显微镜下镜检。

S6，将修饰有PEDOT的晶圆放置于丙酮中进行超声处理，剥离去除非记录点处聚合的PEDOT以及残留的杂质。

在本发明一实施例中，在步骤S1中，将去离子水倒入盛放有氧化剂Fe(III)PTS的烧杯中，进行搅拌，得到混合均匀的氧化剂溶液A，其中氧化剂Fe(III)PTS的质量分数为0.07-0.32％。搅拌转速为1600r，时长不少于2小时。

具体的，选择去离子水作为溶剂，配制含有0.07-0.32wt％Fe(III)PTS(对甲苯磺酸铁)的氧化剂溶液A。该过程中将去离子水倒入盛放有Fe(III)PTS的烧杯中，常温常压下以1600r的转速搅拌≥2h，得到混合均匀的氧化剂溶液A。

在本发明一实施例中，在步骤S2中，在制备有柔性植入式神经微电极的晶圆上滴加光刻胶AR-N 4340直到覆盖整个该晶圆，依次旋涂，前烘，曝光，后烘，显影，大量去离子水冲洗，得到预设厚度的光刻胶掩膜。

具体的，准备好拥有记录点直径约为10μm的柔性植入式神经微电极的4英寸晶圆。在晶圆上滴加光刻胶AR-N 4340直到覆盖整个晶圆。之后依次旋涂(转速：800r6s500r/s+3500r20s1000r/s)，前烘(110℃，2min)，曝光(11-14s)，后烘(102℃，3min30s)，显影(2min20s)，大量去离子水冲洗，得到厚度≥1.2μm的光刻胶掩膜。

在本发明一实施例中，在等离子体去胶机中-101.1KPa条件下抽真空2-3min，将晶圆置于烘箱中常压下80℃干燥5-10min，取出后在环境温度中静置。

具体的，将配制的氧化剂溶液A滴加到晶圆上需要修饰的柔性植入式神经微电极记录点处，液滴完全覆盖记录点，体积为0.05mL。再在等离子体去胶机中-101.3KPa条件下抽真空2-3min，然后将晶圆置于烘箱中常压下80℃干燥5-10min。取出后在环境温度下静置。

在本发明一实施例中，在步骤S4中，EDOT单体滴加条件为：每个电极≥0.05mL。

具体的，将EDOT(3，4-乙烯二氧噻吩)单体滴到晶圆上氧化剂液滴干燥的位置(每个电极需要≥0.05mL)，将晶圆放入烘箱中。

在本发明一实施例中，在步骤S5中，若聚合不充分，则在记录点处EDOT未聚合的位置再次滴加该氧化剂溶液A，再次放入烘箱中进行聚合反应，直到记录点处EDOT完全聚合成PEDOT为止。烘箱中聚合反应条件为：70℃，聚合反应的时间为：0.5-1h。

具体的，烘箱中70℃，常压，聚合反应1h，取出后将聚合有PEDOT(聚乙烯二氧噻吩)的位置放置于显微镜下镜检，若聚合不充分，则在记录点处EDOT未聚合的位置再次滴加0.1-0.2mL氧化剂溶液A。再在烘箱中70℃，常压，聚合反应0.5-1h。结束后继续镜检，若仍未完全聚合，可重复滴加氧化剂溶液A，直到记录点处EDOT完全聚合成PEDOT为止。

在本发明一实施例中，在步骤S6中，超声条件为：频率40KHz，功率90W，时间≤30s。剥离去除非记录点处聚合的PEDOT以及残留的杂质之后，用丙酮棉轻轻擦拭电极3-6次，去除未剥离干净的部分。

具体的，将修饰有PEDOT的晶圆放置于100mL丙酮中，40KHz，90W，超声≤30s，剥离去除非记录点处聚合的PEDOT以及残留的杂质。再用丙酮棉轻轻擦拭电极3-6次，去除未剥离干净的部分。最后用乙醇清洗1-2遍，去离子水清洗6-10遍，完全去除未聚合的EDOT单体、Fe(III)PTS和Fe(II)。修饰结束。

在本发明一实施例中，还包括步骤S7，将修饰后的柔性植入式神经微电极从晶圆上剥离，压焊、封装，检测其电化学性能。

以下采用一具体示例中，对木发明进行示意性说明。

S1：配制氧化剂溶液A。

去离子水：19.986g；

Fe(III)PTS：0.014g；

将19.986g去离子水加入到盛放有0.014gFe(III)PTS的烧杯中，搅拌处理(1600r，2h)，最终氧化剂溶液A共计20g，约为20mL。

S2：AR-N 4340做1.2μm的光刻胶掩膜。

准备好拥有记录点直径约为10μm的柔性植入式神经微电极的4英寸晶圆。在晶圆上滴加光刻胶AR-N 4340直到覆盖整个晶圆。之后依次旋涂(转速：800r6s500r/s+3500r20s1000r/s)，前烘(110℃，2min)，曝光(12s)，后烘(102℃，3min30s)，显影(2min20s)，大量去离子水冲洗，得到厚度≥1.2μm的光刻胶掩膜。

S3：将氧化剂溶液A滴到需要修饰的电极记录点处，每根电极上的32个记录点滴加0.1mL，共滴加0.5mL。然后在等离子体去胶机中-101.3KPa条件下抽真空3min。再在烘箱中常压下80℃干燥电极10min。最后在室温环境下静置电极10min。

S4：将0.25mL EDOT单体滴到晶圆上氧化剂液滴干燥的位置，再将晶圆放入烘箱中。

S5：烘箱设置70℃，常压，聚合反应1h。结束后在显微镜下检查聚合状况，由于EDOT过量，再次在记录点处EDOT未聚合的位置滴加0.1mL氧化剂溶液A，有5处未完全聚合，共滴加0.5mL氧化剂溶液A。然后将晶圆放入烘箱中70℃，常压，聚合反应1h。

S6：在100mL丙酮中剥离，超声20s，40KHz，90W。然后用丙酮棉擦拭5次电极表面，除去多余部分PEDOT以及残留的杂质。之后使用乙醇清洗1遍，去离子水冲洗6遍，完全去除未聚合的EDOT单体、残余的Fe(III)PTS和Fe(II)，晶圆上剥离处理后柔性植入式神经微电极的记录点处形貌如图2所示。

S7：压焊、封装修饰后的柔性植入式神经微电极，测定其在1KHz频率下的阻抗数据，检验性能，结果如图3所示。

图3的检验结果表明，该方法适用于后端直接连接到微型headstage且具有微小记录点的高通量柔性植入式神经微电极，界面修饰后能够有效改善电极的电化学性能。与此同时，图2展示了该方法能够同时对多个记录点进行修饰，缩短器件制备时间，提高效率。

以下采用另一具体示例中，对本发明进行示意性说明。

S1：配制氧化剂溶液。

去离子水：19.936g；

Fe(III)PTS：0.064g；

将19.936g去离子水加入到盛放有0.064gFe(III)PTS的烧杯中，搅拌处理(1600r，2h)，最终氧化剂溶液共计20g，约为20mL。

S2：AR-N 4340做1.2μm的掩膜

准备好拥有记录点直径约为10μm的柔性植入式神经微电极的4英寸晶圆。在晶圆上滴加光刻胶AR-N 4340直到覆盖整个晶圆。之后依次旋涂(转速：800r6s500r/s+3500r20s1000r/s)，前烘(110℃，2min)，曝光(12s)，后烘(102℃，3min30s)，显影(2min20s)，大量去离子水冲洗，得到厚度≥1.2μm的光刻胶掩膜。

S3：将氧化剂溶液A滴到需要修饰的电极记录点处，每根电极上的32个记录点滴加0.1mL，共滴加0.5mL。然后在等离子体去胶机中-101.3KPa条件下抽真空3min。再在烘箱中常压下80℃干燥电极10min。最后在室温环境下静置电极10min。

S4：将0.25mL EDOT单体滴到晶圆上氧化剂液滴干燥的位置，再将晶圆放入烘箱中。

S5：烘箱设置70℃，常压，聚合反应1h。结束后在显微镜下检查聚合状况，由于EDOT过量，再次在记录点处EDOT未聚合的位置滴加0.1mL氧化剂溶液A，有2处未完全聚合，共滴加0.2mL氧化剂溶液A。然后将晶圆放入烘箱中70℃，常压，聚合反应1h。

S6：在100mL丙酮中剥离，超声30s，40KHz，90W。然后用丙酮棉擦拭5次电极表面，除去多余部分PEDOT以及残留的杂质。之后使用乙醇清洗1遍，去离子水冲洗6遍，完全去除未聚合的EDOT单体、残余的Fe(III)PTS和Fe(II)。

S7：压焊、封装修饰后的柔性植入式神经微电极，测定其在1KHz频率下的阻抗数据，检验性能。

至此，已经结合附图对本公开实施例进行了详细描述。需要说明的是，在附图或说明书正文中，未绘示或描述的实现方式，均为所属技术领域中普通技术人员所知的形式，并未进行详细说明。

依据以上描述，本领域技术人员应当对本发明一种柔性植入式神经微电极的界面修饰方法有了清楚的认识。

综上，本发明提供了一种柔性植入式神经微电极的界面修饰方法，能够在电极与64通道微型headstage直接连接的情况下实现对电极的PEDOT界面修饰，改善电极的电化学性能，提高信噪比。并且该方法能够同时修饰多个记录点，提高了器件的制备效率。

以上该的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施案例，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。