一種利用微加工在電極表面制備三維微結構的方法【專利摘要】本發明公開了一種利用微加工在電極表面制備三維微結構的方法，所述方法包括如下步驟：在電極的表面形成掩膜層；所述掩膜層上具有若干個貫穿所述掩膜層的空隙；通過在所述掩膜層上沉積金屬層，在所述空隙內形成與所述電極的表面連接的金屬點；去除所述掩膜層以及所述掩膜層上的金屬層，使得所述金屬點暴露出來。本發明通過掩膜在電極表面制得三維金屬微結構，既能與組織界面緊密接觸，又能獲得較好的機械強度。【專利說明】一種利用微加工在電極表面制備三維微結構的方法
技術領域：
[0001]本發明涉及生物醫學工程領域，尤其涉及一種利用微加工在電極表面制備三維微結構的方法。【
背景技術：
】[0002]人造視網膜系統可幫助由于老年黃斑變性(AMD)和視網膜色素炎(RP)等視網膜病變引起的致盲患者恢復部分視力。為提高人造視網膜系統的分辨率，要求電極更高密度，這會導致刺激電極表面積降低。刺激電極表面積降低會增加電極的電化學阻抗，使得電極的極化隨之增大，影響電荷注入能力，無法達到刺激閾值，并且在通過相同幅值電流脈沖的情況下，不僅會增大刺激器能耗，縮短其壽命，還會對電刺激的安全性造成較大威脅。因此，需要增大電極的比表面積，降低電化學阻抗，進而提高電荷注入能力，達到刺激閾值，完成有效刺激。[0003]對高密度電極表面進行三維微結構修飾能夠有效增加電極比表面積，提高電荷注入能力。[〇〇〇4]美國第二視覺醫療器材公司(SecondSightMedicalProducts)的Zhou等人公開的發明專利(美國專利公開號6974533,
專利名稱：為“Platinumelectrodeandmethodformanufacturingthesame”)中，提出一種增加電極比表面積的方法，具體是在電鍍過程中在Pt電極表面進行了微孔處理，增加比表面積，進而增大了雙電層電容效應，同時具備較好的機械性能。此外，澳大利亞墨爾本大學的Duan等人通過電位脈沖氧化還原的方式對Pt電極進行了多孔化處理，得到了比較大的比表面積，且與鉑黑電極相比具有更好的機械完整性。但是在電極表面進行多孔化處理不利于電極與組織界面的緊密接觸。[0005]經過現有的技術文獻檢索發現，一些學者在電極表面用碳納米管、石墨烯進行修飾(WenwenY等在《Nanotechnology》2015,26(12):125301-125309(9)撰文“Aflexibleandimplantablemicroelectrodearraysusinghigh-temperaturegrownverticalcarbonnanotubesandab1compatiblepolymersubstrate”，David-PurM等在《B1medicalMicrodevices》2014，16(1):43-53撰文“All-carbon-nanotubeflexiblemult1-electrodearrayforneuronalrecordingandstimulat1n”)，通過碳納米管、石墨烯等大的比表面積的材料修飾電極，這樣也可以增加電極的雙電層電容，但是機械穩定性不如多孔化處理的電極，不適合長期植入。[0006]可見，現有的電極表面微結構修飾的方法，大都是對電極表面進行多孔化處理或用碳納米管、石墨烯修飾，但多孔化處理不利于電極與組織界面緊密接觸，碳納米管、石墨烯修飾也存在機械強度穩定性不佳的問題。【
發明內容】[0007]本發明實施例提出一種利用微加工在電極表面制備三維微結構的方法，通過掩膜在電極表面制得三維金屬微結構，既能與組織界面緊密接觸，又能獲得較好的機械強度。[0008]為解決上述技術問題，本發明實施例提供一種利用微加工在電極表面制備三維微結構的方法，所述方法包括如下步驟:[0009](1)在電極的表面形成掩膜層;所述掩膜層上具有若干個貫穿所述掩膜層的空隙；[0010](2)通過在所述掩膜層上沉積金屬層，在所述空隙內形成與所述電極的表面連接的金屬點；[0011](3)去除所述掩膜層以及所述掩膜層上的金屬層，使得所述金屬點暴露出來。[0012]作為更優選地，所述空隙以陣列狀分布在所述掩膜層上。[0013]作為更優選地，所步驟(1)具體包括:[0014]在電極的表面旋涂光刻膠作為掩膜層；[0015]利用光刻工藝在所述掩膜層上形成若干個貫穿所述掩膜層的空隙。[0016]作為更優選地，所述利用光刻工藝在所述掩膜層上形成若干個貫穿所述掩膜層的空隙具體為利用紫外光在所述掩膜層上形成若干個貫穿所述掩膜層的空隙。[0017]作為更優選地，所述光刻膠為負光刻膠。[0018]作為更優選地，所述光刻膠的厚度為1.5?2.5微米;所述金屬層的厚度為150?250納米。[0019]作為更優選地，所述利用光刻工藝在所述掩膜層上形成若干個貫穿所述掩膜層的空隙具體為利用電子束在所述掩膜層上形成若干個貫穿所述掩膜層的空隙。[0020]作為更優選地，所述光刻膠的厚度為8?12微米;所述金屬層的厚度為150?250納米。[0021]作為更優選地，步驟(3)具體是通過丙酮溶解法去除所述掩膜層以及所述掩膜層上的金屬層。[0022]作為更優選地，步驟(1)具體為在電極的表面形成若干個相同大小且緊密排列的小球作為掩膜層;步驟(2)具體為通過在由若干個小球組成的掩膜層上沉積金屬層，在所述小球間的空隙內形成與所述電極的表面連接的金屬點；步驟(3)具體為去除所述電極上所有的小球以及所述小球上的金屬層，使得所述金屬點暴露出來。[〇〇23]作為更優選地，步驟(1)具體包括:[0024]提供含有若干個相同大小且緊密排列的小球的懸濁液；[0025]將所述懸濁液置于所述電極的表面并自然干燥，使所述若干個小球均勻且緊密排列地分布在所述電極的表面；[0026]加熱所述電極，使所述小球固定在所述電極的表面，形成所述掩膜層。[0027]作為更優選地，所述提供含有若干個相同大小且緊密排列的小球的懸濁液包括:[〇〇28]提供乙醇和水的混合液；[0029]在所述混合液中加入所述若干個小球，得到懸濁液。[0030]作為更優選地，在所述將所述懸濁液置于所述電極的表面之前還包括在所述懸濁液內加入表面活性劑的步驟。[0031]作為更優選地，所述表面活性劑為十二磺基硫酸鈉。[〇〇32]作為更優選地，在所述混合液中乙醇和水的比例為1:1;所述若干個小球和所述懸濁液的質量比為1:10。[0033]作為更優選地，所述小球為由聚苯乙烯制備成的小球;所述去除所述電極上所有的小球以及所述小球上的金屬層具體為利用四氫呋喃實施。[0034]作為更優選地，所述小球的直徑為400?600納米;所述金屬層的厚度為150?250納米。[〇〇35]作為更優選地，在步驟(1)之前，還包括清理電極的表面的步驟。[〇〇36]作為更優選地，所述清理電極的表面的步驟包括:[0037]利用丙酮溶液對所述電極的表面超聲清洗；[0038]用去離子水沖洗所述電極的表面；[0039]用氮氣吹干所述電極的表面。[0040]作為更優選地，所述金屬層采用具有生物兼容性的金屬材料。[0041]作為更優選地，所述金屬層采用金或鉑。[0042]實施本發明實施例，具有如下有益效果:本發明實施例提供的利用微加工在電極表面制備三維微結構的方法，包括如下步驟:在電極的表面形成掩膜層;所述掩膜層上具有若干個貫穿所述掩膜層的空隙；通過在所述掩膜層上沉積金屬層，在所述空隙內形成與所述電極的表面連接的金屬點；去除所述掩膜層以及所述掩膜層上的金屬層，使得所述金屬點暴露出來。本發明通過掩膜在電極表面制得三維金屬點，既能與組織界面緊密接觸，又能獲得較好的機械強度。【附圖說明】[〇〇43]圖1是本發明實施例一提供的利用微加工在電極表面制備三維微結構的方法的流程不意圖；[0044]圖2是步驟S12所形成的結構體的示意圖；[0045]圖3是步驟S13所形成的結構體的示意圖；[0046]圖4是步驟S14所形成的結構體的示意圖；[0047]圖5是步驟S15所形成的結構體的示意圖；[〇〇48]圖6是本發明實施例二提供的利用微加工在電極表面制備三維微結構的方法的流程不意圖；[0049]圖7是步驟S22所形成的結構體的示意圖；[0050]圖8是步驟S23所形成的結構體的示意圖；[0051]圖9是步驟S24所形成的結構體的示意圖；[0052]圖10是步驟S25所形成的結構體的示意圖；[〇〇53]圖11是本發明實施例三提供的利用微加工在電極表面制備三維微結構的方法的流程示意圖；[0054]圖12是步驟S32所形成的結構體的示意圖；[0055]圖13是步驟S33所形成的結構體的示意圖；[0056]圖14是步驟S34所形成的結構體的示意圖。【具體實施方式】[0057]為了更加清楚地描述本發明的目的、特征以及優勢，以下將結合附圖和【具體實施方式】對本發明進行詳細描述，但下文詳細描述的本發明的實施方式，僅僅是為了對本發明的內容進行舉例說明，并不對本發明構成任何限定。本發明的保護范圍僅由權利要求書限定。[0058]實施例一[〇〇59]如圖1所示，其是本發明實施例一提供的利用微加工在電極表面制備三維微結構的方法的流程示意圖，包括步驟S11?S15:[0060]S11，清理電極11的表面。[0061]具體地，S11包括:[0062]利用丙酮溶液對所述電極11的表面超聲清洗；[0063]用去離子水沖洗所述電極11的表面；[0〇64]用氮氣吹干所述電極11的表面。[0065]S12,在電極11的表面旋涂光刻膠作為掩膜層12。[0066]如圖2所示，其是步驟S12所形成的結構體的示意圖。其中，所述光刻膠為負光刻膠，所述光刻膠的厚度為1.5?2.5微米;在本實施例中，所述光刻膠為AZ5214E，所述光刻膠的厚度為2微米。[〇〇67]S13,利用紫外光在所述掩膜層12上形成若干個貫穿所述掩膜層12的空隙。[0068]如圖3所示，其是步驟S13所形成的結構體的示意圖。由于紫外光在透過負光刻膠時會向外側發散，使得本來被掩膜遮擋住的部分也會受到光刻作用，形成的空隙的邊緣具有傾斜角度，空隙的形狀為臺形。[〇〇69]S14,通過在所述掩膜層12上沉積金屬層13,在所述空隙內形成與所述電極11的表面連接的金屬點。[0070]如圖4所示，其是步驟S14所形成的結構體的示意圖。所述金屬層13優選采用具有生物兼容性的金屬材料，如金或鉑;所述金屬層13的厚度為150?250納米。在本實施例中，所述金屬層13的厚度為200納米。[0071]S15,去除所述掩膜層12以及所述掩膜層12上的金屬層13,使得所述金屬點暴露出來。[0072]如圖5所示，其是步驟S15所形成的結構體的示意圖。在本實施例中，步驟S15采用丙酮溶解法實施。[0073]最終在電極的表面形成若干多個臺形結構的金屬點，從而增大了電極的表面積，提高了電荷注入能力。同時區別于多孔化處理，本發明的方法更利于電極與組織表面的緊密接觸。[0074]優選地，在步驟S13中，所述空隙為陣列狀排布在所述掩膜層12上，使得形成的金屬點也是以陣列狀排布，進一步利于電極與組織表面的緊密接觸。[0075]需要說明的是，步驟S12中的光刻膠不限于使用負光刻膠，如果采用正光刻膠，則形成的空隙會是倒臺形，而使用負光刻膠會達到更好的緊密接觸的效果。[0076]實施例二[0077]如圖6所示，其是本發明實施例二提供的利用微加工在電極表面制備三維微結構的方法的流程示意圖，包括步驟S21?S25:[〇〇78]S21，清理電極21的表面。[0079]具體地，S21包括:[0080]利用丙酮溶液對所述電極21的表面超聲清洗；[0081]用去離子水沖洗所述電極21的表面；[0〇82]用氮氣吹干所述電極21的表面。[〇〇83]S22,在電極21的表面旋涂光刻膠作為掩膜層22。[0084]如圖7所示，其是步驟S22所形成的結構體的示意圖。其中，所述光刻膠為正光刻膠，所述光刻膠的厚度為8?12微米;在本實施例中，所述光刻膠為AZ4620，所述光刻膠的厚度為10微米。[0085]S23,利用電子束在所述掩膜層22上形成若干個貫穿所述掩膜層22的空隙。[0086]如圖8所示，其是步驟S23所形成的結構體的示意圖。由于電子束是直接刻蝕將光刻膠打掉，因此刻蝕出來的空隙的邊緣是垂直于電極表面的，空隙的結構呈柱形。[0087]S24,通過在所述掩膜層22上沉積金屬層23,在所述空隙內形成與所述電極21的表面連接的金屬點。[0088]如圖9所示，其是步驟S24所形成的結構體的示意圖。所述金屬層23優選采用具有生物兼容性的金屬材料，如金或鉑;所述金屬層23的厚度為150?250納米。在本實施例中，所述金屬層23的厚度為200納米。[〇〇89]S25,去除所述掩膜層22以及所述掩膜層22上的金屬層23,使得所述金屬點暴露出來。[0090]如圖10所示，其是步驟S25所形成的結構體的示意圖。在本實施例中，步驟S25采用丙酮溶解法實施。[0091]最終在電極的表面形成若干多個呈柱形結構的金屬點，從而增大了電極的表面積，提高了電荷注入能力。同時區別于多孔化處理，本發明的方法更利于電極與組織表面的緊密接觸。[0092]優選地，在步驟S23中，所述空隙為陣列狀排布在所述掩膜層22上，使得形成的金屬點也是以陣列狀排布，進一步利于電極與組織表面的緊密接觸。[0093]需要說明的是，步驟S22中的光刻膠不限于使用正光刻膠，如果采用負光刻膠，則形成的空隙同樣也會是柱形。[0094]實施例三[〇〇95]如圖11所示，其是本發明實施例三提供的利用微加工在電極表面制備三維微結構的方法的流程示意圖，包括步驟S31?S34:[〇〇96]S31，清理電極31的表面。[〇〇97]具體地，S31包括:[0098]利用丙酮溶液對所述電極31的表面超聲清洗；[0099]用去離子水沖洗所述電極31的表面；[〇1〇0]用氮氣吹干所述電極31的表面。[0101]S32,在電極31的表面形成若干個相同大小且緊密排列的小球作為掩膜層32;[0102]如圖12所示，其是步驟S32所形成的結構體的示意圖。其中，小球的直徑為400?600納米，在本實施例中，所述小球的半徑為500納米;所述小球由聚苯乙稀制備成。[0103]步驟S32具體包括:[0104]提供含有若干個相同大小且緊密排列的小球的懸濁液；[0105]在懸濁液內加入表面活性劑，使得小球均勻分布并且緊密排列。在本實施例中，所述表面活性劑為十二磺基硫酸鈉。[0106]將所述懸濁液置于所述電極的表面并自然干燥，使所述若干個小球均勻且緊密排列地分布在所述電極的表面；[0107]加熱所述電極，使所述小球固定在所述電極的表面，形成所述掩膜層。[0108]更具體地，所述提供含有若干個相同大小且緊密排列的小球的懸濁液包括:[0109]提供乙醇和水的混合液；[0110]在所述混合液中加入所述若干個小球，得到懸濁液。[0111]在本實施例中，在所述混合液中乙醇和水的比例為1:1;所述若干個小球和所述懸濁液的質量比為1:10。[0112]S33,通過在由若干個小球組成的掩膜層32上沉積金屬層33,在所述小球間的空隙內形成與所述電極31的表面連接的金屬點；[0113]如圖13所示，其是步驟S33所形成的結構體的示意圖。所述金屬層33優選采用具有生物兼容性的金屬材料，如金或鉑;所述金屬層33的厚度為150?250納米。在本實施例中，所述金屬層33的厚度為200納米。[0114]S34,為去除所述電極上所有的小球以及所述小球上的金屬層33,使得所述金屬點暴露出來。[0115]如圖14所示，其是步驟S34所形成的結構體的示意圖。在本實施例中，步驟S34采用四氫呋喃實施。[0116]最終在電極的表面形成若干多個呈錐形結構的金屬點，從而增大了電極的表面積，提高了電荷注入能力。同時區別于多孔化處理，本發明的方法更利于電極與組織表面的緊密接觸。[0117]在步驟S32中，小球的排列方式可以是以三個小球為最小拼接單元的方式，也可以是以更多的小球為最小拼接單元的方式。但以三個小球為最小拼接單元的結構是最穩定的。[0118]實施本發明實施例，具有如下有益效果:本發明實施例提供的利用微加工在電極表面制備三維微結構的方法，包括如下步驟:在電極的表面形成掩膜層;所述掩膜層上具有若干個貫穿所述掩膜層的空隙；通過在所述掩膜層上沉積金屬層，在所述空隙內形成與所述電極的表面連接的金屬點；去除所述掩膜層以及所述掩膜層上的金屬層，使得所述金屬點暴露出來。本發明通過掩膜在電極表面制得三維金屬點，既能與組織界面緊密接觸，又能獲得較好的機械強度。[0119]以上所述是本發明的優選實施方式，應當指出，對于本
技術領域：
的普通技術人員來說，在不脫離本發明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也視為本發明的保護范圍。【主權項】1.一種利用微加工在電極表面制備三維微結構的方法，其特征在于，所述方法包括如下步驟:(1)在電極的表面形成掩膜層;所述掩膜層上具有若干個貫穿所述掩膜層的空隙；(2)通過在所述掩膜層上沉積金屬層，在所述空隙內形成與所述電極的表面連接的金屬點；(3)去除所述掩膜層以及所述掩膜層上的金屬層，使得所述金屬點暴露出來。2.如權利要求1所述的利用微加工在電極表面制備三維微結構的方法，其特征在于，所述空隙以陣列狀分布在所述掩膜層上。3.如權利要求1或2所述的利用微加工在電極表面制備三維微結構的方法，其特征在于，步驟(1)具體包括:在電極的表面旋涂光刻膠作為掩膜層；利用光刻工藝在所述掩膜層上形成若干個貫穿所述掩膜層的空隙。4.如權利要求3所述的利用微加工在電極表面制備三維微結構的方法，其特征在于，所述利用光刻工藝在所述掩膜層上形成若干個貫穿所述掩膜層的空隙具體為利用紫外光在所述掩膜層上形成若干個貫穿所述掩膜層的空隙。5.如權利要求3所述的利用微加工在電極表面制備三維微結構的方法，其特征在于，所述光刻膠為負光刻膠。6.如權利要求4所述的利用微加工在電極表面制備三維微結構的方法，其特征在于，所述光刻膠的厚度為1.5?2.5微米;所述金屬層的厚度為150?250納米。7.如權利要求3所述的利用微加工在電極表面制備三維微結構的方法，其特征在于，所述利用光刻工藝在所述掩膜層上形成若干個貫穿所述掩膜層的空隙具體為利用電子束在所述掩膜層上形成若干個貫穿所述掩膜層的空隙。8.如權利要求7所述的利用微加工在電極表面制備三維微結構的方法，其特征在于，所述光刻膠的厚度為8?12微米;所述金屬層的厚度為150?250納米。9.如權利要求3所述的利用微加工在電極表面制備三維微結構的方法，其特征在于，步驟(3)具體是通過丙酮溶解法去除所述掩膜層以及所述掩膜層上的金屬層。10.如權利要求1所述的利用微加工在電極表面制備三維微結構的方法，其特征在于，步驟(1)具體為在電極的表面形成若干個相同大小且緊密排列的小球作為掩膜層;步驟(2)具體為通過在由若干個小球組成的掩膜層上沉積金屬層，在所述小球間的空隙內形成與所述電極的表面連接的金屬點；步驟(3)具體為去除所述電極上所有的小球以及所述小球上的金屬層，使得所述金屬點暴露出來。11.如權利要求10所述的利用微加工在電極表面制備三維微結構的方法，其特征在于，步驟(1)具體包括:提供含有若干個相同大小且緊密排列的小球的懸濁液；將所述懸濁液置于所述電極的表面并自然干燥，使所述若干個小球均勻且緊密排列地分布在所述電極的表面；加熱所述電極，使所述小球固定在所述電極的表面，形成所述掩膜層。12.如權利要求11所述的利用微加工在電極表面制備三維微結構的方法，其特征在于，所述提供含有若干個相同大小且緊密排列的小球的懸濁液包括:提供乙醇和水的混合液；在所述混合液中加入所述若干個小球，得到懸濁液。13.如權利要求12所述的利用微加工在電極表面制備三維微結構的方法，其特征在于，在所述將所述懸濁液置于所述電極的表面之前還包括在所述懸濁液內加入表面活性劑的步驟。14.如權利要求13所述的利用微加工在電極表面制備三維微結構的方法，其特征在于，所述表面活性劑為十二磺基硫酸鈉。15.如權利要求12所述的利用微加工在電極表面制備三維微結構的方法，其特征在于，在所述混合液中乙醇和水的比例為1:1;所述若干個小球和所述懸濁液的質量比為1:10。16.如權利要求10所述的利用微加工在電極表面制備三維微結構的方法，其特征在于，所述小球為由聚苯乙烯制備成的小球;所述去除所述電極上所有的小球以及所述小球上的金屬層具體為利用四氫呋喃實施。17.如權利要求10所述的利用微加工在電極表面制備三維微結構的方法，其特征在于，所述小球的直徑為400?600納米;所述金屬層的厚度為150?250納米。18.如權利要求1所述的利用微加工在電極表面制備三維微結構的方法，其特征在于，在步驟(1)之前，還包括清理電極的表面的步驟。19.如權利要求18所述的利用微加工在電極表面制備三維微結構的方法，其特征在于，所述清理電極的表面的步驟包括:利用丙酮溶液對所述電極的表面超聲清洗；用去離子水沖洗所述電極的表面；用氮氣吹干所述電極的表面。20.如權利要求1所述的利用微加工在電極表面制備三維微結構的方法，其特征在于，所述金屬層采用具有生物兼容性的金屬材料。21.如權利要求20所述的利用微加工在電極表面制備三維微結構的方法，其特征在于，所述金屬層采用金或鉑。【文檔編號】B81C1/00GK106082113SQ201610547515【公開日】2016年11月9日【申請日】2016年7月12日【發明人】彭琎,孫濱,吳天準【申請人】中國科學院深圳先進技術研究院