利用柔性印刷电路板（PCB）技术实现可扩展的3D凸起神经微电极制造，以构建高保真度的神经接口

《ACS Applied Electronic Materials》：Scalable Fabrication of 3D-Protruded Neural Microelectrodes Using Flexible PCB Technology for High-Fidelity Neural Interfaces

本研究开发了一种基于工业柔性印刷电路板（fPCB）的可扩展三维神经电极制造平台。通过比较金电镀凹陷电极与锡电镀突出电极的性能，发现锡突出电极在阻抗（1kHz时更低）、电荷存储容量及信号质量（SNR和动作电位幅度）方面显著优于基准电极。实验表明，三维突出电极结构通过缩短电极-神经元距离提升记录性能，同时fPCB工艺为神经工程提供了快速、经济且可扩展的解决方案。

　　

柔性神经电极在监测大脑的电生理活动方面具有巨大潜力，但同时实现制造的可扩展性和高信号保真度仍是一个重大挑战。传统的高性能神经接口通常需要复杂且成本高昂的微制造工艺，而较为简单的方法往往无法优化电极与组织的接触界面。在这里，我们介绍了一种基于工业柔性印刷电路板（fPCB）工艺的可扩展、低成本的高性能三维（3D）神经电极制造平台。我们系统地比较了两种电极架构：(i) 使用无电镀金（Au）技术的凹陷微电极（作为基准）；(ii) 通过电镀锡（Sn）形成的3D凸起微电极。为了分离几何形状的影响，这两种电极类型都进一步涂覆了高表面积的铂黑（Pt black）和聚（3,4-乙烯二氧噻吩）（PEDOT）涂层。电化学分析表明，Sn凸起电极在1 kHz频率下的阻抗更低，电荷存储容量（CSC）更高。来自小鼠海马体的体内记录进一步显示，Sn凸起电极的信噪比（SNR）显著更高，脉冲幅度也比裸露或涂覆Au的凹陷电极更强。这些发现表明，3D凸起电极的几何形状是决定记录保真度的关键因素，主要通过减小电极与神经元之间的距离来实现。更广泛地说，我们的结果表明，基于fPCB的方法为高性能神经接口提供了一种快速、可行且可扩展的途径，凸显了其在神经工程领域广泛应用的潜力。