新穎微型電極陣列應用於神經信號紀錄之研究

A Novel Microelectrode Array for Recording Neural Signal

陳昶孝(Chang-Hsiao Chen)

指導教授 ： 饒達仁

國立清華大學/工學院/奈米工程與微系統研究所/博士(2011年)

https://doi.org/10.6843/NTHU.2011.00648

摘要

人類的判斷、思考、行動等重要的生命現象是由神經系統執行，神經訊號若失調對人體往往造成重大的傷害。常見因神經系統失調所造成之神經疾病有巴金森氏症、阿爾茲海瑪氏症，癲癇等…。植入式微電極除了提供與神經系統溝通的界面外，更可獲得細胞層級解析度的生理資訊，這是目前非侵入式量測法無法達到的。近年來更發展出陣列化式的微電極，在群集神經細胞中同時多點採樣信號，提供更深入溝通資訊，如運動控制，記憶的形成和知覺。目前微電極陣列大多採MEMS相關技術製於各種基材上，包括矽材料與近期常使用的高分子材料。
在此論文中我們提出四個主要研究計畫，如下: 第一個計畫是利用絕緣層覆矽晶圓(SOI Wafer)製作具備十六通道電極陣列的微探針，可同時應用於神經反應量測並計算出龍蝦神經傳導速率。
第二個計畫方面，我們成長多璧奈米碳管(MWCNT)在微電極陣列上，來增加電極的有效反應面積，提高量測神經訊號的訊雜比。此外，利用電漿處理奈米碳管表面的潤濕性，特別是水蒸氣電漿處裡法能將超級疏水態的奈米碳管轉換成超級親水態，進而提升反應面積並增加電化學與量測生物訊號品質。
第三個計畫方面，我們提出利用三微軟式的探針來記錄神經訊號，由於活體生物的呼吸或移動，容易造成組織與探針間滑移進而發炎，軟式探針運用於長時間活體可以降低發炎。此計畫更利用靜電力致使平面探針可以自我組裝成三維探針，其優點是具備匹量化、製程簡易和高生醫相容性。此外，三維軟式微探針的材料並選用高分子材料SU-8和Parylene。
最後，我們提出一創新的神經界面-石墨烯，整合於SU-8軟性探針。石墨烯是一種單層原子的六角碳環，延伸出的二維平面蜂窩狀結構。它具優異的機械、生物相容性和獨特的電學特性，其優點適合應用於神經科學領域中。未來期望透過相關研究，了解神經細胞網路內的傳遞模式與變化，並應用於臨床上檢測。

關鍵字

微電極 ； 神經細胞 ； 水電漿 ； 奈米碳管 ； 石墨烯 ； 探針

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