專利名稱：柔性薄膜微電極陣列的阻抗自動測試系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種生物醫(yī)學(xué)技術(shù)領(lǐng)域的測試系統(tǒng)，具體是一種柔性薄膜微電極陣列的阻抗自動測試系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
視覺假體是一種可將圖像信息處理、編碼，通過微電極陣列對視覺神經(jīng)系統(tǒng)進(jìn)行 作用，從而在視覺中樞產(chǎn)生光幻覺，恢復(fù)盲人視力的人造器官。按照刺激位置的不同，視覺 假體基本上可以分為視皮層假體、視神經(jīng)假體和視網(wǎng)膜假體，其中，視網(wǎng)膜假體又可分為視 網(wǎng)膜上假體和視網(wǎng)膜下假體。視網(wǎng)膜假體是近年來比較受關(guān)注的研究方向，臨床實(shí)驗(yàn)進(jìn)行 得最多，并且最有希望早日投入市場。視網(wǎng)膜假體的刺激電極為植入眼球內(nèi)部、貼合在視網(wǎng)膜上的柔性薄膜微電極。近 年來，由于微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)和電化學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展，柔性薄膜微電極的制作工藝取得 了突破性的進(jìn)展——材料上，采用生物相容性較好的聚酰亞胺或者聚對二甲苯作為柔性襯 底，用金和鉬等低阻抗高密度的耐腐蝕金屬制作刺激電極；數(shù)量上，從最初的16個(gè)電極陣 列發(fā)展到了 25個(gè)、60個(gè)，甚至1000多個(gè)；大小上，電極直徑從毫米級發(fā)展到了微米級；排布 上，從單層向雙層發(fā)展，等等。為了獲得具有較高分辨率的視覺感知，就需要使刺激電極在 與視網(wǎng)膜組織的接觸面積上盡可能的小，并且具有較低的阻抗的同時(shí)具有較高的電荷傳輸 能力，所以在進(jìn)行封裝和植入的臨床生理實(shí)驗(yàn)之前，對電極陣列阻抗的測試尤其重要。傳統(tǒng)的阻抗測試采用三電極法，所用設(shè)備通常為LCR(精密阻抗分析儀)分析儀， 測試時(shí)需手動變換探針與薄膜電極的接觸點(diǎn)來選擇單個(gè)被測電極。由于電極刺激位點(diǎn)的面 積往往只有幾百或者幾十微米、在有限的區(qū)域內(nèi)排列緊密，同時(shí)襯底材料很薄且柔軟，所以 手動測試往往效率低下，而且極易在測試過程中損傷薄膜電極，影響測試結(jié)果，造成不必要 的浪費(fèi)。經(jīng)對現(xiàn)有文獻(xiàn)檢索發(fā)現(xiàn)，瑞典的一篇文獻(xiàn)(Kindlundh M，Norlin P. A gel-basedwafer-level testing procedure for microelectrodes[J]. Sensors and Actuators B Chem，2005，107 (2) :557_562.)提到了芯片微電極阻抗的晶圓級測試系統(tǒng)，該 技術(shù)包括利用一種探針卡(Probe Card)和多路轉(zhuǎn)接器(Multiplexer)來選擇被測的微電 極，以提高測試效率和準(zhǔn)確率。但是，在視網(wǎng)膜假體柔性薄膜微電極的領(lǐng)域中還未發(fā)現(xiàn)與本 發(fā)明密切相關(guān)的阻抗自動測試系統(tǒng)；此外，現(xiàn)有的探針床測試裝置，主要用于印刷電路板的 檢測，其精密程度并不能直接應(yīng)用于薄膜微電極阻抗的測試。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的上述不足，提供一種柔性薄膜微電極陣列的阻 抗自動測試系統(tǒng)。本發(fā)明能夠自動選擇被測薄膜電極，測試效率高且測試誤差小，同時(shí)具體 可擴(kuò)展性，能夠適用于排布的薄膜電極。本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的
本發(fā)明包括電極連接裝置、多路選擇電路、計(jì)算機(jī)和LCR分析儀，其中電極連接裝置的一端與多路選擇電路相連傳輸控制字信息，電極連接裝置的另一端與待測電極相連 傳輸測試數(shù)據(jù)信息，多路選擇電路與LCR分析儀相連傳輸測試數(shù)據(jù)信息，LCR分析儀與待 測電極相連傳輸測試數(shù)據(jù)信息，計(jì)算機(jī)與多路選擇電路相連傳輸控制字信息，計(jì)算機(jī)與LCR 分析儀相連傳輸測試數(shù)據(jù)信息。所述的電極連接裝置包括四個(gè)定位螺釘、探針電路板和底板，其中定位螺釘位 于探針電路板和底板的端點(diǎn)位置，探針電路板與底板通過定位螺釘固定相連。所述的定位螺釘上設(shè)置有彈簧。所述的探針電路板包括電路板、探針陣列、觀察口和連接器，其中電路板固定 在底板上，探針陣列焊接在電路板上，觀察口設(shè)置在電路板的一側(cè)，連接器設(shè)置在電路板 上，連接器與多路選擇電路相連。所述的探針陣列包括若干圓頭的彈簧探針，該探針的直徑小于被測薄膜電極焊 盤，且探針陣列的排列形式與被測薄膜電極焊盤的排列形式相同。所述的底板上設(shè)置有兩個(gè)夾具以固定被測薄膜電極的邊緣部分。所述的小型夾具是封裝式的，以防止損傷被測薄膜電極。所述的多路選擇電路包括微控制器和信號處理器，其中微控制器與計(jì)算機(jī)相 連傳輸控制字信息，信號處理器的輸入端與LCR分析儀相連傳輸測試數(shù)據(jù)信息，信號處理 器的輸出端與電極連接裝置相連傳輸測試數(shù)據(jù)信息，微控制器與信號處理器相連傳輸測試 數(shù)據(jù)信息。本發(fā)明的工作原理將被測薄膜電極的焊盤部分固定在電極連接裝置上，焊盤位 點(diǎn)與探針陣列對應(yīng)接觸，電極的刺激位點(diǎn)部分和LCR分析儀的Pt電極與Ag/AgCl參比電極 共同浸入盛有生理鹽水的燒杯內(nèi)，電極連接裝置連接多路選擇電路，多路選擇電路接收計(jì) 算機(jī)的控制字以把LCR測試信號分配到目標(biāo)輸出端，從而達(dá)到自動變換測試通路的目的。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是取代了原本依靠手動變化連接通道的阻 抗測試裝置，能夠提高測試效率、減小測試誤差以及對電極的損傷；具有通道的可擴(kuò)展性， 能夠適用于排布的薄膜電極；人機(jī)界面友好，并且可以根據(jù)不同的測試要求進(jìn)行編程，方便 測試人員操作。


圖1是本發(fā)明系統(tǒng)組成示意圖。圖2是電極連接裝置和被測薄膜電極的結(jié)構(gòu)示意圖；其中(a)是電極連接裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；(b)是被測薄膜電極的結(jié)構(gòu)示意圖。圖3是多路選擇電路的組成示意圖。圖4是實(shí)施例的自動測試流程圖。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合附圖對本發(fā)明的系統(tǒng)進(jìn)一步描述本實(shí)施例在以本發(fā)明技術(shù)方案為前提 下進(jìn)行實(shí)施，給出了詳細(xì)的實(shí)施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于下述 的實(shí)施例。
實(shí)施例
如圖1所示，本實(shí)施例包括電極連接裝置、多路選擇電路、計(jì)算機(jī)和LCR分析儀， 其中電極連接裝置的一端與多路選擇電路相連傳輸控制字信息，電極連接裝置的另一端 與待測電極相連傳輸測試數(shù)據(jù)信息，多路選擇電路與LCR分析儀相連傳輸測試數(shù)據(jù)信息， LCR分析儀與待測電極相連傳輸測試數(shù)據(jù)信息，計(jì)算機(jī)通過RS232串口與多路選擇電路相 連傳輸控制字信息，計(jì)算機(jī)通過USB/LAN/GPIB端口與LCR分析儀相連傳輸測試數(shù)據(jù)信息， 待測薄膜電極的焊盤部分固定于電極連接裝置，待測薄膜電極的刺激位點(diǎn)部分與LCR分析 儀的Pt電極、Ag/AgCl參比電極共同浸入盛有生理鹽水的燒杯中。待測薄膜電極的結(jié)構(gòu)示意圖如圖2(b)所示。如圖2(a)所示，所述的電極連接裝置包括四個(gè)定位螺釘、探針電路板和底板，其 中探針電路板和底板的大小均為6cmX6cm IOcmX IOcm，底板的材料是印刷電路板，定 位螺釘位于探針電路板和底板的端點(diǎn)位置，探針電路板和底板通過定位螺釘固定相連。所述的探針電路板包括電路板、探針陣列、觀察口和連接器，其中電路板的材 料是印刷電路板，電路板固定在底板上，探針陣列焊接在電路板上，觀察口設(shè)置在電路板的 一側(cè)，連接器設(shè)置在電路板上，探針電路板通過連接器與多路選擇電路相連。所述的觀察口大小為lcmX2cm，其便于觀察和調(diào)節(jié)被測薄膜電極在底板的位置。所述的探針陣列包括若干圓頭的彈簧探針，該探針的直徑小于被測薄膜電極焊 盤，且探針陣列的排列形式與被測薄膜電極焊盤的排列形式相同，探針的數(shù)目與被測薄膜 電極焊盤的數(shù)目相同。所述的底板上設(shè)置有兩個(gè)小型夾具以固定被測薄膜電極的邊緣部分。所述的小型夾具是硅膠封裝的，以防止損傷被測薄膜電極。所述的定位螺釘上設(shè)置有彈簧，通過調(diào)節(jié)彈簧的按壓力度可保證探針陣列對被測 薄膜電極焊盤的有效接觸。如圖3所示，所述的多路選擇電路包括微控制器和兩個(gè)信號處理器，其中微控 制器與計(jì)算機(jī)相連傳輸控制字信息，信號處理器的輸入端與LCR分析儀相連傳輸測試數(shù)據(jù) 信息，信號處理器的輸出端與電極連接裝置的連接器相連傳輸測試數(shù)據(jù)信息，微控制器與 信號處理器相連傳輸測試數(shù)據(jù)信息。本實(shí)施例中微控制器選用ATmega系列RISC構(gòu)架的AVR單片機(jī)，其特點(diǎn)為擁有先 進(jìn)的指令集以及單周期指令執(zhí)行時(shí)間。計(jì)算機(jī)通過RS232串口對AVR單片機(jī)寫入控制字， AVR單片機(jī)的I/O 口和主機(jī)輸出/從機(jī)輸入口(MOSI)分別與信號選擇器的使能端(SYNC) 和數(shù)據(jù)輸入口(DIN)相連，將信號選擇器輸入端的LCR測試信號送達(dá)選定的輸出端口，實(shí)現(xiàn) 測試通道自動選擇的目的。本實(shí)施例中信號選擇器采用ADG731，其內(nèi)部阻抗??；輸出端口 32個(gè)，可以成倍擴(kuò) 展，以滿足被測薄膜電極數(shù)目的要求。所述的計(jì)算機(jī)的操作界面可開放編程，以實(shí)現(xiàn)不同的測試模式包括多選一、順序 測試；另一方面調(diào)用LCR的測試結(jié)果，處理后顯示電極的阻抗信息數(shù)據(jù)庫、電極的阻抗-頻 率曲線和阻抗-電壓曲線。如圖4所示，本實(shí)施例的三種工作過程具體是1、給定刺激電壓和頻率條件下的阻抗測試
a、新建被測薄膜電極的數(shù)據(jù)庫，對于已測過的薄膜電極，則打開原有數(shù)據(jù)庫新建 記錄； b、調(diào)節(jié)LCR分析儀的刺激電壓(50mV)和頻率(IkHz)； C、選擇測試模式多選一測試或者順序測試； d、處理并顯示測試結(jié)果顯示在給定的電壓和頻率條件下薄膜柔性電極陣列的阻 抗值列表，多選一模式則顯示選定電極的測試結(jié)果。 2、給定刺激電壓，變換刺激頻率條件下的阻抗測試及顯示阻抗_頻率關(guān)系曲線 a、新建被測薄膜電極的數(shù)據(jù)庫，對于已測過的薄膜電極，則打開原有數(shù)據(jù)庫新建 記錄； b、調(diào)節(jié)LCR分析儀的刺激電壓(50mV)和頻率(20Hz IOkHz)； C、在某一頻率下默認(rèn)順序測試模式； d、顯示在某一頻率下的電極阻抗值列表； e、變換刺激頻率，顯示該頻率下的電極阻抗值列表；重復(fù)此步驟直至完成測試要 求； f、處理所有數(shù)據(jù)并顯示電極的阻抗與頻率的關(guān)系曲線。 3、給定刺激頻率，變換刺激電壓條件下的阻抗測試及顯示阻抗電壓關(guān)系曲線 a、新建被測薄膜電極的數(shù)據(jù)庫，對于已測過的薄膜電極，則打開原有數(shù)據(jù)庫新建 記錄； b、調(diào)節(jié)LCR分析儀的刺激電壓(IOmV 900mV)和頻率(IkHz)； C、在某一刺激電壓下默認(rèn)順序測試模式； d、顯示某一刺激電壓下的電極阻抗值列表； e、變換刺激電壓，顯示該電壓下的電極阻抗值列表；重復(fù)此步驟直至完成測試要 求； f、處理所有數(shù)據(jù)并顯示電極的阻抗與電壓的關(guān)系曲線。本實(shí)施例取代了原本依靠手動變化連接通道的阻抗測試裝置，能夠自動選擇被測 薄膜電極，測試效率高且測試誤差??；同時(shí)具體可擴(kuò)展性，能夠適用于排布的薄膜電極；裝 置簡單、成本低，人機(jī)界面友好，并且可以根據(jù)不同的測試要求進(jìn)行編程，方便測試人員操作。
權(quán)利要求
一種柔性薄膜微電極陣列的阻抗自動測試系統(tǒng)，其特征在于，包括LCR分析儀、計(jì)算機(jī)、電極連接裝置和多路選擇電路，其中電極連接裝置的一端與多路選擇電路相連傳輸控制字信息，電極連接裝置的另一端與待測電極相連傳輸測試數(shù)據(jù)信息，多路選擇電路與LCR分析儀相連傳輸測試數(shù)據(jù)信息，LCR分析儀與待測電極相連傳輸測試數(shù)據(jù)信息，計(jì)算機(jī)與多路選擇電路相連傳輸控制字信息，計(jì)算機(jī)與LCR分析儀相連傳輸測試數(shù)據(jù)信息；所述的電極連接裝置包括四個(gè)定位螺釘、探針電路板和底板，其中定位螺釘位于探針電路板和底板的端點(diǎn)位置，探針電路板與底板通過定位螺釘固定相連；所述的多路選擇電路包括微控制器和信號處理器，其中微控制器與計(jì)算機(jī)相連傳輸控制字信息，信號處理器的輸入端與LCR分析儀相連傳輸測試數(shù)據(jù)信息，信號處理器的輸出端與電極連接裝置相連傳輸測試數(shù)據(jù)信息，微控制器與信號處理器相連傳輸測試數(shù)據(jù)信息。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的柔性薄膜微電極陣列的阻抗自動測試系統(tǒng)，其特征是，所述的定位螺釘上設(shè)置有彈簧。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的柔性薄膜微電極陣列的阻抗自動測試系統(tǒng)，其特征是，所述的探針電路板包括電路板、探針陣列、觀察口和連接器，其中電路板固定在底板上，探針 陣列焊接在電路板上，觀察口設(shè)置在電路板的一側(cè)，連接器設(shè)置在電路板上，連接器與多路 選擇電路相連。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的柔性薄膜微電極陣列的阻抗自動測試系統(tǒng)，其特征是，所述的探針陣列包括若干圓頭的彈簧探針，該探針的直徑小于被測薄膜電極焊盤，且探針陣列 的排列形式與被測薄膜電極焊盤的排列形式相同。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的柔性薄膜微電極陣列的阻抗自動測試系統(tǒng)，其特征是，所述的底板上設(shè)置有兩個(gè)夾具。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的柔性薄膜微電極陣列的阻抗自動測試系統(tǒng)，其特征是，所述的夾具是封裝式的。
全文摘要
一種生物醫(yī)學(xué)技術(shù)領(lǐng)域的柔性薄膜微電極陣列的阻抗自動測試系統(tǒng)，包括電極連接裝置、多路選擇電路、計(jì)算機(jī)和LCR分析儀，其中電極連接裝置的一端與多路選擇電路相連傳輸控制字信息，電極連接裝置的另一端與待測電極相連傳輸測試數(shù)據(jù)信息，多路選擇電路與LCR分析儀相連傳輸測試數(shù)據(jù)信息，LCR分析儀與待測電極相連傳輸測試數(shù)據(jù)信息，計(jì)算機(jī)與多路選擇電路相連傳輸控制字信息，計(jì)算機(jī)與LCR分析儀相連傳輸測試數(shù)據(jù)信息。本發(fā)明能夠提高測試效率、減小測試誤差以及對電極的損傷；具有通道的可擴(kuò)展性，能夠適用于一定范圍內(nèi)不同尺寸和排布的薄膜電極；人機(jī)界面友好，并且可以根據(jù)不同的測試要求進(jìn)行編程，方便測試人員操作。
文檔編號G01R27/02GK101799495SQ20101013295
公開日2010年8月11日 申請日期2010年3月25日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月25日
發(fā)明者任秋實(shí), 曹征, 李天翱, 柴新禹 申請人:上海交通大學(xué)