专利名称：柔性薄膜微电极阵列的阻抗自动测试系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及的是一种生物医学技术领域的测试系统，具体是一种柔性薄膜微电极阵列的阻抗自动测试系统。
背景技术：
视觉假体是一种可将图像信息处理、编码，通过微电极阵列对视觉神经系统进行 作用，从而在视觉中枢产生光幻觉，恢复盲人视力的人造器官。按照刺激位置的不同，视觉 假体基本上可以分为视皮层假体、视神经假体和视网膜假体，其中，视网膜假体又可分为视 网膜上假体和视网膜下假体。视网膜假体是近年来比较受关注的研究方向，临床实验进行 得最多，并且最有希望早日投入市场。视网膜假体的刺激电极为植入眼球内部、贴合在视网膜上的柔性薄膜微电极。近 年来，由于微机电系统(MEMS)和电化学技术的迅猛发展，柔性薄膜微电极的制作工艺取得 了突破性的进展——材料上，采用生物相容性较好的聚酰亚胺或者聚对二甲苯作为柔性衬 底，用金和钼等低阻抗高密度的耐腐蚀金属制作刺激电极；数量上，从最初的16个电极阵 列发展到了 25个、60个，甚至1000多个；大小上，电极直径从毫米级发展到了微米级；排布 上，从单层向双层发展，等等。为了获得具有较高分辨率的视觉感知，就需要使刺激电极在 与视网膜组织的接触面积上尽可能的小，并且具有较低的阻抗的同时具有较高的电荷传输 能力，所以在进行封装和植入的临床生理实验之前，对电极阵列阻抗的测试尤其重要。传统的阻抗测试采用三电极法，所用设备通常为LCR(精密阻抗分析仪)分析仪， 测试时需手动变换探针与薄膜电极的接触点来选择单个被测电极。由于电极刺激位点的面 积往往只有几百或者几十微米、在有限的区域内排列紧密，同时衬底材料很薄且柔软，所以 手动测试往往效率低下，而且极易在测试过程中损伤薄膜电极，影响测试结果，造成不必要 的浪费。经对现有文献检索发现，瑞典的一篇文献(Kindlundh M，Norlin P. A gel-basedwafer-level testing procedure for microelectrodes[J]. Sensors and Actuators B Chem，2005，107 (2) :557_562.)提到了芯片微电极阻抗的晶圆级测试系统，该 技术包括利用一种探针卡(Probe Card)和多路转接器(Multiplexer)来选择被测的微电 极，以提高测试效率和准确率。但是，在视网膜假体柔性薄膜微电极的领域中还未发现与本 发明密切相关的阻抗自动测试系统；此外，现有的探针床测试装置，主要用于印刷电路板的 检测，其精密程度并不能直接应用于薄膜微电极阻抗的测试。

发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的上述不足，提供一种柔性薄膜微电极阵列的阻 抗自动测试系统。本发明能够自动选择被测薄膜电极，测试效率高且测试误差小，同时具体 可扩展性，能够适用于排布的薄膜电极。本发明是通过以下技术方案实现的
本发明包括电极连接装置、多路选择电路、计算机和LCR分析仪，其中电极连接装置的一端与多路选择电路相连传输控制字信息，电极连接装置的另一端与待测电极相连 传输测试数据信息，多路选择电路与LCR分析仪相连传输测试数据信息，LCR分析仪与待 测电极相连传输测试数据信息，计算机与多路选择电路相连传输控制字信息，计算机与LCR 分析仪相连传输测试数据信息。所述的电极连接装置包括四个定位螺钉、探针电路板和底板，其中定位螺钉位 于探针电路板和底板的端点位置，探针电路板与底板通过定位螺钉固定相连。所述的定位螺钉上设置有弹簧。所述的探针电路板包括电路板、探针阵列、观察口和连接器，其中电路板固定 在底板上，探针阵列焊接在电路板上，观察口设置在电路板的一侧，连接器设置在电路板 上，连接器与多路选择电路相连。所述的探针阵列包括若干圆头的弹簧探针，该探针的直径小于被测薄膜电极焊 盘，且探针阵列的排列形式与被测薄膜电极焊盘的排列形式相同。所述的底板上设置有两个夹具以固定被测薄膜电极的边缘部分。所述的小型夹具是封装式的，以防止损伤被测薄膜电极。所述的多路选择电路包括微控制器和信号处理器，其中微控制器与计算机相 连传输控制字信息，信号处理器的输入端与LCR分析仪相连传输测试数据信息，信号处理 器的输出端与电极连接装置相连传输测试数据信息，微控制器与信号处理器相连传输测试 数据信息。本发明的工作原理将被测薄膜电极的焊盘部分固定在电极连接装置上，焊盘位 点与探针阵列对应接触，电极的刺激位点部分和LCR分析仪的Pt电极与Ag/AgCl参比电极 共同浸入盛有生理盐水的烧杯内，电极连接装置连接多路选择电路，多路选择电路接收计 算机的控制字以把LCR测试信号分配到目标输出端，从而达到自动变换测试通路的目的。与现有技术相比，本发明的有益效果是取代了原本依靠手动变化连接通道的阻 抗测试装置，能够提高测试效率、减小测试误差以及对电极的损伤；具有通道的可扩展性， 能够适用于排布的薄膜电极；人机界面友好，并且可以根据不同的测试要求进行编程，方便 测试人员操作。


图1是本发明系统组成示意图。图2是电极连接装置和被测薄膜电极的结构示意图；其中(a)是电极连接装置的结构示意图；(b)是被测薄膜电极的结构示意图。图3是多路选择电路的组成示意图。图4是实施例的自动测试流程图。
具体实施例方式以下结合附图对本发明的系统进一步描述本实施例在以本发明技术方案为前提 下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述 的实施例。
实施例
如图1所示，本实施例包括电极连接装置、多路选择电路、计算机和LCR分析仪， 其中电极连接装置的一端与多路选择电路相连传输控制字信息，电极连接装置的另一端 与待测电极相连传输测试数据信息，多路选择电路与LCR分析仪相连传输测试数据信息， LCR分析仪与待测电极相连传输测试数据信息，计算机通过RS232串口与多路选择电路相 连传输控制字信息，计算机通过USB/LAN/GPIB端口与LCR分析仪相连传输测试数据信息， 待测薄膜电极的焊盘部分固定于电极连接装置，待测薄膜电极的刺激位点部分与LCR分析 仪的Pt电极、Ag/AgCl参比电极共同浸入盛有生理盐水的烧杯中。待测薄膜电极的结构示意图如图2(b)所示。如图2(a)所示，所述的电极连接装置包括四个定位螺钉、探针电路板和底板，其 中探针电路板和底板的大小均为6cmX6cm IOcmX IOcm，底板的材料是印刷电路板，定 位螺钉位于探针电路板和底板的端点位置，探针电路板和底板通过定位螺钉固定相连。所述的探针电路板包括电路板、探针阵列、观察口和连接器，其中电路板的材 料是印刷电路板，电路板固定在底板上，探针阵列焊接在电路板上，观察口设置在电路板的 一侧，连接器设置在电路板上，探针电路板通过连接器与多路选择电路相连。所述的观察口大小为lcmX2cm，其便于观察和调节被测薄膜电极在底板的位置。所述的探针阵列包括若干圆头的弹簧探针，该探针的直径小于被测薄膜电极焊 盘，且探针阵列的排列形式与被测薄膜电极焊盘的排列形式相同，探针的数目与被测薄膜 电极焊盘的数目相同。所述的底板上设置有两个小型夹具以固定被测薄膜电极的边缘部分。所述的小型夹具是硅胶封装的，以防止损伤被测薄膜电极。所述的定位螺钉上设置有弹簧，通过调节弹簧的按压力度可保证探针阵列对被测 薄膜电极焊盘的有效接触。如图3所示，所述的多路选择电路包括微控制器和两个信号处理器，其中微控 制器与计算机相连传输控制字信息，信号处理器的输入端与LCR分析仪相连传输测试数据 信息，信号处理器的输出端与电极连接装置的连接器相连传输测试数据信息，微控制器与 信号处理器相连传输测试数据信息。本实施例中微控制器选用ATmega系列RISC构架的AVR单片机，其特点为拥有先 进的指令集以及单周期指令执行时间。计算机通过RS232串口对AVR单片机写入控制字， AVR单片机的I/O 口和主机输出/从机输入口(MOSI)分别与信号选择器的使能端(SYNC) 和数据输入口(DIN)相连，将信号选择器输入端的LCR测试信号送达选定的输出端口，实现 测试通道自动选择的目的。本实施例中信号选择器采用ADG731，其内部阻抗小；输出端口 32个，可以成倍扩 展，以满足被测薄膜电极数目的要求。所述的计算机的操作界面可开放编程，以实现不同的测试模式包括多选一、顺序 测试；另一方面调用LCR的测试结果，处理后显示电极的阻抗信息数据库、电极的阻抗-频 率曲线和阻抗-电压曲线。如图4所示，本实施例的三种工作过程具体是1、给定刺激电压和频率条件下的阻抗测试
a、新建被测薄膜电极的数据库，对于已测过的薄膜电极，则打开原有数据库新建 记录； b、调节LCR分析仪的刺激电压(50mV)和频率(IkHz)； C、选择测试模式多选一测试或者顺序测试； d、处理并显示测试结果显示在给定的电压和频率条件下薄膜柔性电极阵列的阻 抗值列表，多选一模式则显示选定电极的测试结果。 2、给定刺激电压，变换刺激频率条件下的阻抗测试及显示阻抗_频率关系曲线 a、新建被测薄膜电极的数据库，对于已测过的薄膜电极，则打开原有数据库新建 记录； b、调节LCR分析仪的刺激电压(50mV)和频率(20Hz IOkHz)； C、在某一频率下默认顺序测试模式； d、显示在某一频率下的电极阻抗值列表； e、变换刺激频率，显示该频率下的电极阻抗值列表；重复此步骤直至完成测试要 求； f、处理所有数据并显示电极的阻抗与频率的关系曲线。 3、给定刺激频率，变换刺激电压条件下的阻抗测试及显示阻抗电压关系曲线 a、新建被测薄膜电极的数据库，对于已测过的薄膜电极，则打开原有数据库新建 记录； b、调节LCR分析仪的刺激电压(IOmV 900mV)和频率(IkHz)； C、在某一刺激电压下默认顺序测试模式； d、显示某一刺激电压下的电极阻抗值列表； e、变换刺激电压，显示该电压下的电极阻抗值列表；重复此步骤直至完成测试要 求； f、处理所有数据并显示电极的阻抗与电压的关系曲线。本实施例取代了原本依靠手动变化连接通道的阻抗测试装置，能够自动选择被测 薄膜电极，测试效率高且测试误差小；同时具体可扩展性，能够适用于排布的薄膜电极；装 置简单、成本低，人机界面友好，并且可以根据不同的测试要求进行编程，方便测试人员操作。
权利要求
一种柔性薄膜微电极阵列的阻抗自动测试系统，其特征在于，包括LCR分析仪、计算机、电极连接装置和多路选择电路，其中电极连接装置的一端与多路选择电路相连传输控制字信息，电极连接装置的另一端与待测电极相连传输测试数据信息，多路选择电路与LCR分析仪相连传输测试数据信息，LCR分析仪与待测电极相连传输测试数据信息，计算机与多路选择电路相连传输控制字信息，计算机与LCR分析仪相连传输测试数据信息；所述的电极连接装置包括四个定位螺钉、探针电路板和底板，其中定位螺钉位于探针电路板和底板的端点位置，探针电路板与底板通过定位螺钉固定相连；所述的多路选择电路包括微控制器和信号处理器，其中微控制器与计算机相连传输控制字信息，信号处理器的输入端与LCR分析仪相连传输测试数据信息，信号处理器的输出端与电极连接装置相连传输测试数据信息，微控制器与信号处理器相连传输测试数据信息。
2.根据权利要求1所述的柔性薄膜微电极阵列的阻抗自动测试系统，其特征是，所述的定位螺钉上设置有弹簧。
3.根据权利要求1所述的柔性薄膜微电极阵列的阻抗自动测试系统，其特征是，所述的探针电路板包括电路板、探针阵列、观察口和连接器，其中电路板固定在底板上，探针 阵列焊接在电路板上，观察口设置在电路板的一侧，连接器设置在电路板上，连接器与多路 选择电路相连。
4.根据权利要求3所述的柔性薄膜微电极阵列的阻抗自动测试系统，其特征是，所述的探针阵列包括若干圆头的弹簧探针，该探针的直径小于被测薄膜电极焊盘，且探针阵列 的排列形式与被测薄膜电极焊盘的排列形式相同。
5.根据权利要求1所述的柔性薄膜微电极阵列的阻抗自动测试系统，其特征是，所述的底板上设置有两个夹具。
6.根据权利要求5所述的柔性薄膜微电极阵列的阻抗自动测试系统，其特征是，所述的夹具是封装式的。
全文摘要
一种生物医学技术领域的柔性薄膜微电极阵列的阻抗自动测试系统，包括电极连接装置、多路选择电路、计算机和LCR分析仪，其中电极连接装置的一端与多路选择电路相连传输控制字信息，电极连接装置的另一端与待测电极相连传输测试数据信息，多路选择电路与LCR分析仪相连传输测试数据信息，LCR分析仪与待测电极相连传输测试数据信息，计算机与多路选择电路相连传输控制字信息，计算机与LCR分析仪相连传输测试数据信息。本发明能够提高测试效率、减小测试误差以及对电极的损伤；具有通道的可扩展性，能够适用于一定范围内不同尺寸和排布的薄膜电极；人机界面友好，并且可以根据不同的测试要求进行编程，方便测试人员操作。
文档编号G01R27/02GK101799495SQ20101013295
公开日2010年8月11日 申请日期2010年3月25日 优先权日2010年3月25日
发明者任秋实, 曹征, 李天翱, 柴新禹 申请人:上海交通大学