与生物医学植入器件中的神经电刺激过程相关的电化学研究(英文)

生物医学工程、微电子加工技术和神经科学的进展推动了用于神经电刺激的新型和先进的生物医学器件的问世,使各类患者的某些感官功能得以恢复,并改善了患者的生活质量.在这些生物医学器件中,人工耳蜗植入器件、人工视觉植入器件、深层脑部刺激器件和脊髓刺激器件都取得了很大进展.刺激电极是生物医学植入器件中的关键部件之一.当刺激电极与活体组织相接触时,形成了电子器件和生物体组织间的接触界面.本文首先以耳蜗植入器件和视觉植入器件为例,简要介绍了生物医学植入器件的工作原理和现状.在此基础上,着重对神经电刺激器件所涉及的电化学概念、测试方法及其进展进行了评述.介绍了电刺激和电极/活体组织界面上电荷注入的基本原理和机制.也对常用的电极材料和微电极加工技术进行了评介.讨论了植入式器件研发过程中所遇到的与电化学相关的挑战,诸如电极反应、电极阻抗、电荷注入容量、微电极阵列、电极腐蚀以及生物兼容性等.此外,也讨论了微型传感器和微型生物传感器在植入式器件中的应用前景.刺激电极长期处于活体组织内的苛刻条件下会渐渐失效,腐蚀、氧化和脱壳等情况的出现都会降低器件的使用寿命,甚至危及机体.本文也对此进行了讨论.对设计和加工所面临挑战的清醒认识促使包括电化学家在内的多学科专家和工程技术人员共同努力,以推进神经刺激生物医学植入器件的长足进展和实际应用,使感官功能失效的患者得以受惠.