CN101149559B - 用光刻胶热熔法制备球形凸起生物微电极阵列的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公布了一种用光刻胶热熔法制备球形凸起生物微电极阵列的方法，用光刻技术制作凸起的圆柱形光刻胶，并采用热熔回流光刻胶形成球形凸点，在衬底上均匀覆盖一层聚合物，作为器件的底部保护材料，图形化形成金属电极点和导线，再覆盖聚合物作为器件顶部保护材料，图形化露出电极点和焊点，得到最终需要的球形凸起柔性微电极阵列。本发明不仅成本低，工艺过程简单，而且具有较高的刺激效果，可用于视网膜假体等神经细胞刺激的生物微电极阵列的制备上。

Description

用光刻胶热熔法制备球形凸起生物微电极阵列的方法

技术领域

本发明涉及一种微机械加工技术领域的制作方法，特别是一种用光刻胶热熔法制备球形凸起生物微电极阵列的方法。

背景技术

原发性视网膜色素变性(RP)及老年性黄斑变性(AMD)由于视网膜外层进行性变性，成为目前致盲的主要原因。由于微电子技术和生物技术的发展，使得可以用可植入的微刺激器对视网膜进行刺激，从而产生视觉。

在视网膜假体系统中，用于对视网膜进行刺激的微电极阵列是一个非常重要的部分，电极的性能直接关系到电脉冲对神经细胞的刺激效果。目前，用于视网膜等神经细胞进行刺激的电极主要采用MEMS工艺加工制作而成的高密度微电极阵列。为了在生物体内能更好的与神经细胞接触，减小电极对细胞组织的损伤，微电极阵列一般采用聚合物制成柔性衬底电极。常用的聚合物有：聚酰亚胺(polyimide)，C型聚对二甲苯(parylene-C)和PDMS等聚合物。

经对现有技术文献的检索发现，Kaspar Hungar等在《Sensors and ActuatorsA》123-124(2005)pp172-178撰文“Production processes for a flexibleretina implant(Eurosensors XVIII，Session C6.6)”(“一种柔性视网膜植入体的加工工艺”《传感器和执行器A》)。该文提及的用于视网膜假体的微电极阵列的制作方法是采用电镀工艺来制作金属导线和电极点：1.在衬底上涂抹牺牲层，聚酰亚胺，并溅射种子层；2.旋涂光刻胶，图形化，电镀形成电极导线；3.旋涂光刻胶，图形化，电镀形成电极点；4.去种子层，光刻图形化光刻胶，露出电极顶端；5.刻蚀去除牺牲层，释放电极。这样制作的电极一方面成本较高，而且采用电镀方法使金属间接触电阻变大，从而增加了电极与组织之间的阻抗，不利于刺激信号传递。此外，由于材料长时间处于电镀液中，对材料本身也有损害。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足和缺陷，提出一种用光刻胶热熔法制备球形凸起生物微电极阵列的方法，使其能够在用于视网膜假体中与视网膜神经细胞进行很好的耦合，保证电极与神经细胞的充分接触，改善刺激效果。

本发明是通过以下技术方案实现的，本发明用光刻技术制作凸起的圆柱形光刻胶，并采用热熔回流光刻胶形成球形凸点，在衬底上均匀覆盖一层聚合物，作为器件的底部保护材料，图形化形成金属电极点和导线，再覆盖聚合物作为器件顶部保护材料，图形化露出电极点和焊点，得到最终需要的球形凸起柔性微电极阵列。

本发明包括以下具体步骤：

第一步，清洗硅片，在硅衬底上溅射金属作为粘着层，此金属层的作用是保证后续光刻胶与衬底能够很好的粘附，防止后续工艺光刻胶小圆柱脱落。同时溅射金属要考虑到后续热熔回流阶段不被高温氧化。

第二步，在金属层表面旋涂正性光刻胶，光刻形成小圆柱凸起结构。

第三步，在烘箱中加热熔化光刻胶，形成具有半球形结构的凸点。

第四步，在第三步基础上沉积具有生物相容性的聚合物作为制备的微电极阵列的下底包裹材料；

第五步，在第四步聚合物上旋涂光刻胶，图形化形成金属电极点和导线；

第六步，在图形化好的衬底上沉积聚合物作为制备的微电极阵列的上部包裹材料；

第七步，在第六步聚合物上旋涂光刻胶，光刻露出电极点所对应的顶端窗口，刻蚀聚合物，露出电极顶端；

第八步，去除光刻胶，将器件从衬底上剥离，释放电极，制成柔性微电极阵列。

本发明制得的微电极阵列为生物相容性和柔性基底的聚合物材料。

本发明制作得到生物相容性的柔性凸起电极阵列，电极的刺激点高于基底材料平面，电极阵列为聚合物-金属导线-聚合物组成的三层结构。采用光刻胶热熔法制作生物相容性微电极阵列，与现有技术相比，其优点在于：

1.采用光刻胶热熔法制作凸起电极，工艺过程简单易操作，克服了现有技术中的难点。

2.代替了电镀法制作电极，降低了制作成本，消除了采用电镀方法时金属间的接触电阻，且材料不用处于电镀液的环境下，能够更好的保护材料。

3.由于制作的电极呈半球状，增大了电极与神经细胞的接触面积，能够使电极与细胞接触的更充分，减小了电极与目标之间的阻抗，改善刺激效果。

4.由于电极点凸起，且电极背部有一凹槽，使得电极具有弹性，能够更好的适应视网膜的曲面形貌，提高了电极对神经细胞的刺激效果。

附图说明

图1为本发明的流程图。

图1-1为光刻，显影后得到的光刻胶小圆柱示意图。

图1-2为光刻胶热熔回流所形成的半球形光刻胶示意图。

图1-3为图形化形成的电极点和导线的示意图。

图1-4为刻蚀露出电极顶端示意图。

图1-5为去除光刻胶，释放得到的微电极阵列示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施例作详细说明：本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

实施例

1.清洗硅片，在硅片上溅射金属铬(Cr)为800

；

2.在金属表面旋涂正性光刻胶AZ4903(1200转，60秒)，曝光，用AZ-400K显影液去除曝光区域光刻胶(160秒～200秒)，得到凸起的光刻胶小圆柱15um，如附图1-1；

3.在烘箱中高温烘焙光刻胶，烘焙温度为160℃～200℃，时间为20～30分钟，形成具有半球状结构的光刻胶，如附图1-2；

4.沉积聚合物parylene7-8um，作为微电极阵列的下底包裹材料；

5.溅射金属金0.5um，旋涂光刻胶AZ4903(3000转，60秒)，曝光，显影(140秒～160秒)，图形化形成微电极阵列的导线和电极点，如附图1-3；

6.沉积聚合物parylene 5um，作为微电极阵列的上部包裹材料；

8.旋涂光刻胶AZ4620(3000转，60秒)，曝光，显影(140秒～160秒)，形成对应电极点所在的上部窗口；

9.刻蚀聚合物，露出电极顶端，如附图1-4；

10.用AZ-400K显影液去除光刻胶，并将器件从底部剥离，释放出电极结构，如附图1-5。

最终得到的是基于聚合物的生物相容性凸起电极具有聚合物-金属导线-聚合物的三层结构。其特征在于具有凸起的电极点，且电极背部有一凹槽，使得电极具有弹性，能够更好的与神经细胞接触，更加有效的刺激神经细胞。

Claims (4)

1.一种用光刻胶热熔法制备球形凸起生物微电极阵列的方法，其特征在于：用光刻技术制作凸起的圆柱形光刻胶，并采用热熔回流光刻胶形成球形凸点，在衬底上均匀覆盖一层聚合物，作为器件的底部保护材料，图形化形成金属电极点和导线，再覆盖聚合物作为器件顶部保护材料，图形化露出电极点和焊点，得到最终需要的球形凸起柔性微电极阵列。

2.根据权利要求1所述的用光刻胶热熔法制备球形凸起生物微电极阵列的方法，其特征是，包括以下步骤：

第一步，清洗硅片，在硅衬底上溅射金属作为粘着层；

第二步，在金属层表面旋涂正性光刻胶，光刻形成小圆柱凸起结构；

第三步，在烘箱中加热熔化光刻胶，形成具有半球形结构的凸点。

第四步，在第三步基础上沉积具有生物相容性的聚合物作为制备的微电极阵列的下底包裹材料；

第五步，溅射金属金0.5μm，在第四步聚合物上旋涂光刻胶，图形化形成金属电极点和导线；

第六步，在图形化好的衬底上沉积聚合物作为制备的微电极阵列的上部包裹材料；

第七步，在第六步聚合物上旋涂光刻胶，光刻露出电极点所对应的顶端窗口，刻蚀聚合物，露出电极顶端；

第八步，去除光刻胶，将器件从衬底上剥离，释放电极，制成柔性微电极阵列。

3.根据权利要求2所述的用光刻胶热熔法制备球形凸起生物微电极阵列的方法，其特征是，所述在烘箱中加热熔化光刻胶，是指：在烘箱中高温烘焙光刻胶，烘焙温度为160℃～200℃，时间为20～30分钟，光刻胶为正性光刻胶AZ4903。

4.根据权利要求1或2所述的用光刻胶热熔法制备球形凸起生物微电极阵列的方法，其特征是，所制备的柔性微电极阵列电极点背部有一凹槽。

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