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1、2012年2月中國制造業(yè)信息化第41卷第3期微電極針尖的制備方法劉振東一，王文波，戴振東(1．南京航航天大學機電學院，江蘇南京210016)(2．南京航空航天大學高新術(shù)研究院仿生結(jié)構(gòu)與材料防護研究所，江蘇南京2t0016)摘要：針尖工藝是針型微電極制王的關(guān)鍵技術(shù)。利用電生理實驗室常用設備搭建了加工平臺，采用陰極圓環(huán)營造出一個漸變電場通過一組正交試驗，研究了電解液濃度、腐蝕電壓、通電時間等對針尖質(zhì)量的影響，得到了最佳3-參數(shù)：NaC1溶液濃度為3．0g／L，腐蝕電壓為5．0V，通電時間為30s，制備出符合電刺激實驗更拄的高
2、質(zhì)量針尖。該方法操作簡單、制備時間短、成本低，適用于電生理實驗中微電極尖端形態(tài)勺改進。關(guān)鍵詞：微電極；電化學腐蝕；正試驗；針尖中圖分類號：Q692文獻標碼：A文章編號：1672—1616(2012)03—0066—04生物機器人是指利用動物體的運為機能、動力徑在5txm以下。王明環(huán)lJ采用檢測電流變化率的供應系統(tǒng)，從動物運動的感受傳人神經(jīng)支配人方法對腐蝕過程進行控制，將切斷時問控制在微秒手，實現(xiàn)對動物的運動和某些行為的為控制l1J。級以下，從而制備出尺寸在微米級以下的針尖。汪生物機器人技術(shù)是目前科技發(fā)展最躍的領(lǐng)域之洋_8
3、J利用杠桿平衡原理，設計了一套制備掃描隧一。對動物的運動控制離不開高性有的金屬微電道顯微鏡(STM)鎢針尖的裝置，以簡單的力學結(jié)極或者微電極陣列。針型微電極具蕾度高、排列構(gòu)替代了傳統(tǒng)復雜的控制電路，制備的鎢針尖最小有序且能實現(xiàn)三維陣列結(jié)構(gòu)的獨特仿夸，因此在電半徑為50nm。生理研究中得到了廣泛應用l2J。一來說，直徑利用電化學腐蝕的方法制備針尖，大多通過監(jiān)在一到幾十微米的導線和導體都可記錄神經(jīng)元測電極絲斷裂引起的電流、電壓或電阻等信號的變電活動Ⅲ3j，但較小的尖端尺寸不易使封組織移位，化，在電極絲斷裂瞬間切斷電源，并迅速
4、提取電極且有利于進入腦組織，使微電極直接神經(jīng)軸突接絲，使其與腐蝕溶液脫離
5、7“。這種方法對控觸，從而更好地發(fā)揮刺激和記錄功能同時也更容制系統(tǒng)的響應時間要求高，因而設備成本高，不適易興奮尖端周圍興奮閾值高的神經(jīng)己l4j。因此，合電生理實驗室使用。筆者利用電生理實驗室常針尖工藝是制造針型微電極的關(guān)鍵技。如Plex—用的簡易設備搭建了加工平臺，研究了微電極在特on公司提供的浮動陣列電極，其尖端[徑為2／Lm定電場中的電化學腐蝕過程，采用最優(yōu)的試驗參3m。數(shù)，制備出高質(zhì)量的針尖。目前制備針尖的方法有：機械成法、離子束銑削法、電子
6、束沉積法、場致蒸發(fā)法、E化學腐蝕法1實驗部分等[5l。電化學腐蝕法以離子的形式-除材料，方實驗裝置如圖1所示，陽極為0．1ITlm的鎳便高效且加工參數(shù)容易控制，是針尖備的常用方鉻(Cr20Ni80)合金絲(電極絲)，外面包裹一層絕緣法。董新民_6J將微電極毛坯固定在!紋鼓上，使漆，陰極為1mm不銹鋼絲繞成的23ram的圓毛坯反復浸入電解液中，利用毛坯上一端電化學腐環(huán)。首先將陰極圓環(huán)放置在陰極支架內(nèi)，然后在陰蝕時間不同制備針尖，尖端直徑可0．5m。姚極圓環(huán)上放置一個圓柱蓋板，且蓋板與陰極圓環(huán)同源[2]也采用了類似原理制備針
7、尖，將微電極軸。在蓋板的中間鉆一個j5Imm的孔，電極絲從浸入電解液，通電后緩慢提取，最終諱備的針尖直孔中央穿過。當陽極和陰極之間通電后，在電極絲收稿日期：2011—1024基金項目：自然科學基金重大國際合作項目(6091)07)作者簡介：劉振東(1984一)，男，江蘇徐州人，南京t空航天大學碩士研究生，主要從事生物機器人的研究工作。·應用研究·劉振東王文波戴振東微電極針尖的制備方法67周圍形成如圖2所示的電場，電極絲位于電場中主要試驗步驟：央，因此所腐蝕的針尖圓潤均勻。在陰極圓環(huán)的中(1)去除絕緣層，將鎳鉻合金絲浸入3
8、0％的心位置電場強度最大，沿著電極絲向上電場強度逐NaOH溶液lmm，恒溫100121h；(2)將去除絕緣層漸減弱。電場強度大的地方電化學腐蝕的速度快，的鎳鉻合金絲穿過蓋板中央的孑L浸入電解液中，電電場強度小的地方電化學腐蝕的速度慢。經(jīng)過一極絲末端距離液面lmm；(3)在陽極和陰極之間通段時間的腐蝕，就可以得到所需的針尖。由于電極電，一定時間后切斷電源，取出制備好的微電極針絲處于一個漸變的電場中，隨著時間推移，舊針尖尖；(4)調(diào)整參數(shù)，重復(1)～(3)。被腐蝕消失，新針尖又再次形成。使用高度儀或者表1電化學腐蝕加工參數(shù)
9、三維立體定位儀調(diào)節(jié)電極絲浸入電解液的深度，電NaCl濃度／(g·L。。)腐蝕電壓／、，通電時間／S源為雙極程控刺激器(成都儀器廠，型號：YC一2一2．54．020S)。電解液為2．5～6．0g／L的NaC1溶液，腐蝕電3．04．525壓為4．0～6．0V，通電時問為20～40s，溫度為4．05．03020℃5．05．
