【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及神经科学领域，具体涉及一种基于石墨烯界面的柔性透明神经电极及其制备方法，主要应用于需要与光学成像或刺激集成的电生理信号记录。
技术介绍
1、神经环路的研究对神经疾病的诊断、调控及治疗具有非常重要的意义。神经电信号作为神经表达传输处理信息的主要手段，对神经环路的研究至关重要。神经电极基于电生理记录技术，作为神经与外部设备的接口，能直接记录神经元快速变化的电位，具有高时间分辨率。其中柔性神经电极由于其和神经元相仿的机械性能，在体内具有较好的生物相容性，但是均无法区分特定的神经元和信号通路，空间分辨率有限。钙离子荧光成像利用钙离子指示剂反应神经元内钙离子浓度的变化，结合荧光成像技术可以监测单个神经元及神经元群体的活动，但受到钙结合动力学的限制，其时间分辨率有限。
2、利用透明的柔性电极可以同时进行神经电信号记录和钙离子荧光成像，实现高时空分辨率的神经元活动记录。但目前已有的研究中常使用金、铂等不透明的导电金属作为电极界面材料，不可避免地会对钙离子荧光成像造成视野遮挡，影响成像结果。
3、石墨烯具有柔性透明的特点，可作为电极界面材料，不会对钙离子荧光成像造成视野遮挡。然而，石墨烯的大面积转移是石墨烯器件制备领域长期需要攻克的问题，需尽可能减少转移过程中的褶皱皲裂等问题，此外，石墨烯由于其自身浸润性差的问题，金属无法在其表面稳定沉积，而先沉积金属再转移石墨烯又会由于石墨烯台阶覆盖的问题导致石墨烯大面积破损，降低器件制备成功率。
技术实现思路
1、针对现有
2、本专利技术的一个方面提供一种基于石墨烯界面的柔性透明神经电极的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：s1，在洁净硅片上旋涂聚合物绝缘材料，得到底层绝缘层1；s2，使用微刻痕技术处理所述底层绝缘层1，得到对准转移轮廓，用于对准转移石墨烯；s3，在去离子水表面将石墨烯与所述对准转移轮廓面对面对准，经过静置、后烘和浸泡，使所述石墨烯粘附于所述底层绝缘层1的表面；s4，使用氧等离子体处理部分所述石墨烯的表面，在所述底层绝缘层1的部分表面沉积多金属层后采用金属剥离工艺处理，得到图形化的金属导线层2；s5，在经所述s4处理后的所述硅片上旋涂正性光刻胶形成掩膜后，干法刻蚀所述石墨烯，得到图形化的石墨烯层3；s6，在经所述s5处理后的所述硅片上旋涂光敏性的顶层绝缘层4后，光刻出记录点孔41、金属焊接孔42和电极形状，得到图形化的顶层绝缘层4；s7，在经所述s6处理后的所述硅片上旋涂正性光刻胶形成掩膜后，干法刻蚀出电极形状，得到图形化的底层绝缘层1，形成所述柔性透明神经电极100；s8，将经所述s7处理后的所述硅片浸泡在去离子水中，使所述柔性透明神经电极100从所述硅片上脱离；s9，将经所述s8得到的所述柔性透明神经电极100悬置于热水液面，以消除所述柔性透明神经电极100中的应力。
3、在本专利技术的一些示意性地实施例中，在s2中，所述微刻痕技术通过光刻胶掩膜、氧等离子体处理形成，通过多次对准转移小面积的石墨烯至对准转移轮廓内，实现大面积的石墨烯的高质量转移，所述s2具体包括：s21，在所述底层绝缘层1上旋涂正性光刻胶后进行光刻，形成掩膜，所述底层绝缘层1的材料包括光敏性的聚酰亚胺或非光敏性的聚酰亚胺，且厚度为5～15μm；s22，使用氧等离子体处理所述底层绝缘层1，得到所述对准转移轮廓，用于对准转移石墨烯，其中，所述对准转移轮廓的刻痕高度为50～200nm。
4、在本专利技术的一些示意性地实施例中，在s4中，所述使用氧等离子体处理部分所述石墨烯的表面，用于改变石墨烯表面的浸润性，增加石墨烯和金属之间的粘附性，所述s4具体包括：s41，在粘附所述石墨烯的所述底层绝缘层1的表面旋涂负性光刻胶后，进行前烘、曝光、后烘和显影处理，所述石墨烯包括少层石墨烯或多层石墨烯；s42，使用氧等离子体处理负性光刻胶掩膜的所述石墨烯表面，处理的时间为石墨烯刻蚀时间的十分之一，避免过度处理所述石墨烯导致石墨烯界面损毁；s43，通过溅射或蒸发的方式，在所述底层绝缘层1的部分表面自下而上依次沉积下金属粘附层、中间金属层和上金属粘附层，形成所述多金属层，其中，所述下金属粘附层和所述上金属粘附层的材料相同，采用的材料包括cr或ti，所述下金属粘附层和所述上金属粘附层的厚度相同，且厚度为10～50nm，所述中间金属层的材料包括au或pt，且厚度为100～300nm；s44，将经所述s43处理后的硅片采用在丙酮中浸泡的金属剥离工艺，去除多余的光刻胶和金属后，得到图形化的金属导线层2。
5、在本专利技术的一些示意性地实施例中，在s3中，所述石墨烯表层上粘附有聚甲基丙烯酸甲酯，所述静置是防止在后烘过程中大量水汽蒸发导致所述石墨烯破损，所述后烘是用于减少所述石墨烯转移过程中产生的褶皱，所述浸泡是用于去除所述聚甲基丙烯酸甲酯，其中，后烘温度为所述聚甲基丙烯酸甲酯的熔化温度，后烘时间为10～30min，浸泡液采用丙酮；在s6中，所述顶层绝缘层4的材料包括su-8或光敏性的聚酰亚胺，且厚度为0.5～1μm；在s9中，所述悬置的时间为15min，所述热水的温度为60～100℃。
6、本专利技术的另一个方面提供一种基于石墨烯界面的柔性透明神经电极，所述柔性透明神经电极100包括底层绝缘层1、金属导线层2、石墨烯层3和顶层绝缘层4，其中：所述石墨烯层3粘附在所述顶层绝缘层4的右端和所述底层绝缘层1的右端之间，形成所述柔性透明神经电极100的头部，所述头部为主要功能区，用于记录目标神经电信号；所述金属导线层2粘附在所述顶层绝缘层4的左端和所述底层绝缘层1的左端之间，形成所述柔性透明神经电极100的尾部，用于将所述柔性透明神经电极100的头部记录的目标神经电信号传递给外部电气设备；至少一部分所述石墨烯层3和至少一部分所述金属导线层2交叠接触，用于将所述目标神经信号从所述石墨烯层3传递至所述金属导线层2。
7、在本专利技术的一些示意性地实施例中，所述石墨烯层3包括相连的记录点区和导线区，所述导线区与所述金属导线层2的右端交叠形成欧姆接触，其中，所述记录点区包括多个石墨烯记录点31，所述导线区包括多个石墨烯导线32，一个所述石墨烯记录点31连接一个所述石墨烯导线32。
8、在本专利技术的一些示意性地实施例中，所述金属导线层2包括多个金属导线21；一个所述石墨烯记录点31、一个所述石墨烯导线32和一个所述金属导线21依次相连，组成一个神经信号传递线路，多个所述神经信号传递线路彼此之间电气隔离。
9、在本专利技术的一些示意性地实施例中，所述顶层绝缘层4的右端上开设多个记录点孔41，用于露出所述多个石墨烯记录点31的部分区域，以便所述多个石墨烯记录点31记录所述目标神经信号；所述顶层绝缘层4的左端上开设多个金属焊接孔42，所本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于石墨烯界面的柔性透明神经电极的制备方法，其特征在于，以石墨烯作为所述柔性透明神经电极的主要功能材料，用于记录和传输神经电信号，使用微刻痕技术和氧等离子体处理，实现所述柔性透明神经电极的批量化和高质量制备，所述制备方法包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的基于石墨烯界面的柔性透明神经电极的制备方法，其特征在于，在S2中，所述微刻痕技术通过光刻胶掩膜、氧等离子体处理形成，通过多次对准转移小面积的石墨烯至对准转移轮廓内，实现大面积的石墨烯的高质量转移，所述S2具体包括：
3.根据权利要求1或2所述的基于石墨烯界面的柔性透明神经电极的制备方法，其特征在于，在S4中，所述使用氧等离子体处理部分所述石墨烯的表面，用于改变石墨烯表面的浸润性，增加石墨烯和金属之间的粘附性，所述S4具体包括：
4.根据权利要求3所述的基于石墨烯界面的柔性透明神经电极的制备方法，其特征在于，
5.一种基于石墨烯界面的柔性透明神经电极，其特征在于，所述柔性透明神经电极(100)包括底层绝缘层(1)、金属导线层(2)、石墨烯层(3)和顶层绝缘层(4)，其中：
6.根据权利要求5所述的基于石墨烯界面的柔性透明神经电极，其特征在于，所述石墨烯层(3)包括相连的记录点区和导线区，所述导线区与所述金属导线层(2)的右端交叠形成欧姆接触，其中，所述记录点区包括多个石墨烯记录点(31)，所述导线区包括多个石墨烯导线(32)，一个所述石墨烯记录点(31)连接一个所述石墨烯导线(32)。
7.根据权利要求6所述的基于石墨烯界面的柔性透明神经电极，其特征在于，所述金属导线层(2)包括多个金属导线(21)；
8.根据权利要求7所述的基于石墨烯界面的柔性透明神经电极，其特征在于，所述顶层绝缘层(4)的右端上开设多个记录点孔(41)，用于露出所述多个石墨烯记录点(31)的部分区域，以便所述多个石墨烯记录点(31)记录所述目标神经信号；
9.根据权利要求8所述的基于石墨烯界面的柔性透明神经电极，其特征在于，所述记录点孔(41)、所述石墨烯记录点(31)、所述石墨烯导线(32)、所述金属导线(21)和所述金属焊接孔(42)的数量均相等。
...【技术特征摘要】
1.一种基于石墨烯界面的柔性透明神经电极的制备方法，其特征在于，以石墨烯作为所述柔性透明神经电极的主要功能材料，用于记录和传输神经电信号，使用微刻痕技术和氧等离子体处理，实现所述柔性透明神经电极的批量化和高质量制备，所述制备方法包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的基于石墨烯界面的柔性透明神经电极的制备方法，其特征在于，在s2中，所述微刻痕技术通过光刻胶掩膜、氧等离子体处理形成，通过多次对准转移小面积的石墨烯至对准转移轮廓内，实现大面积的石墨烯的高质量转移，所述s2具体包括：
3.根据权利要求1或2所述的基于石墨烯界面的柔性透明神经电极的制备方法，其特征在于，在s4中，所述使用氧等离子体处理部分所述石墨烯的表面，用于改变石墨烯表面的浸润性，增加石墨烯和金属之间的粘附性，所述s4具体包括：
4.根据权利要求3所述的基于石墨烯界面的柔性透明神经电极的制备方法，其特征在于，
5.一种基于石墨烯界面的柔性透明神经电极，其特征在于，所述柔性透明神经电极(100)包括底层绝缘层(1)、金属导线层(2)、石...
【专利技术属性】
技术研发人员：裴为华，袁苗，归强，王毅军，
申请(专利权)人：中国科学院半导体研究所，
类型：发明
国别省市：
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