En laboratoire, une électrode prouve qu'elle fonctionne simplement en mesurant un signal. Mais en clinique, ce dont les cardiologues ont besoin, ce sont des électrodes cardiaques qui peuvent être surveillées en continu pendant des jours sans dérive, ce dont les neurochirurgiens ont besoin, ce sont des électrodes d’interface neurale qui peuvent fonctionner de manière stable dans le liquide céphalo - rachidien pendant des années, et ce dont les endocrinologues ont besoin, ce sont des capteurs qui peuvent être implantés pour surveiller en permanence la glycémie sous - cutanée.

Ces scénarios proposent une contrainte centrale sur les électrodes dont le laboratoire ne se soucie pas:Durabilité- Oui.

L'amplitude du signal électrique cardiaque n'est que de l'ordre du millivolt et le signal électrique cérébral est encore plus de l'ordre du microvolt. Dans la bande de fonctionnement de 10 Hz à 10 kHz, les électrodes doivent présenter des caractéristiques d'impédance extrêmement faibles et stables. Une fois que la surface de l'électrode se corrode dans les fluides corporels, que le revêtement tombe ou que le biofilm est recouvert, l'impédance de l'interface augmente rapidement, les signaux faibles sont inondés de bruit et les données de surveillance perdent leur valeur clinique. Dans le même temps, le matériau de l'électrode ne doit pas libérer d'ions toxiques, ne doit pas déclencher une réaction d'exclusion immunitaire et doit répondre aux normes de biocompatibilité de la série ISO 10993 et GB / t 16886.

II. Différence de performance entre les trois types de placage de métaux précieux et la logique de sélection

La couche fonctionnelle conductrice de l'électrode biomédicale est dominée par trois systèmes de métaux précieux: or, platine, argent / chlorure d'argent. Tous trois se concentrent sur la conductivité, la stabilité chimique, l'activité électrocatalytique et la biocompatibilité.

Or (au)La résistivité électrique est d'environ 2,44 μΩ.cm, la stabilité chimique est extrêmement élevée, ne corrode pas et ne dégage pas d'ions toxiques dans l'environnement physiologique. La surface de l'or est facile à modifier les anticorps ou les adaptateurs solides par thiolation, ce qui convient à la conception tout - en - un de "l'électrode en tant que capteur". Dans les scénarios nécessitant une implantation à long terme, l'inertie chimique de l'or en fait le matériau d'interface le plus fiable.Technologie avancéeLa pureté ≥ 99,99% de la couche d'or mesurée du revêtement d'or Peek, la gamme d'épaisseur 0,1 ~ 5 μm réglable, l'uniformité ± 0,05 μm.

Platine (PT)La résistivité peut être aussi faible que 1,65 μΩ.cm, la capacité de transfert de charge la plus forte et l'excellente activité catalytique. Le platine se distingue dans la stimulation nerveuse et la détection électrochimique, en particulier pour les électrodes nécessitant une fonction de stimulation électrique. Les alliages de platine Iridium sont couramment utilisés pour renforcer la résistance mécanique et la résistance à la corrosion des électrodes afin de créer des électrodes à longue durée de vie.

Argent / chlorure d'argent (AG / AgCl)Est le système de matériaux le plus classique parmi les électrodes potentiométriques biologiques. La couche de chlorure d'argent peut réduire l'effet de polarisation, stabiliser la transmission du signal et éviter la dérive du courant continu. La conductivité de l'argent est optimale des trois et possède des propriétés antibactériennes naturelles. Mais l'argent est facile à oxyder la décoloration et a une mauvaise stabilité à long terme. Des études connexes ont montré que les électrodes AG / AgCl dégradent lentement leurs performances pendant environ 200 jours après la fabrication, après quoi le taux de dégradation et la probabilité de défaillance critique augmentent. Le système AG / AgCl est donc mieux adapté au diagnostic clinique à court terme et aux scénarios à usage unique.

Iii. Choix du substrat: Peek, LCP et pi bataille pour le « squelette»

Le substrat détermine les propriétés mécaniques, la biocompatibilité et la faisabilité d'implantation de l'électrode. Le choix du substrat pour les électrodes biomédicales est essentiellement un compromis entre l'adaptation mécanique et la stabilité chimique à long terme.

Polyétheréthercétone (PEEK)Excellente biocompatibilité, stabilité chimique et propriétés mécaniques. Les films minces de PEEK microstructurés permettent un arrangement ordonné et directionnel dans la topologie et sont d'une valeur unique dans la conception des électrodes neuronales composites. L'énergie de surface du PEEK est faible, la cristallinité élevée et la force de liaison avec le métal est le problème central du processus de revêtement. Advanced House Technology utilise le processus composite de dépôt assisté par faisceau d'ions de Pulvérisation magnétron pulsé à basse température pour réaliser le test d'adhérence de revêtement de la classe 5b sur la surface Peek, le brouillard salin pendant 48 heures sans bulles et sans écaillage. Après 100 cycles de choc thermique de - 40 ℃ à 180 ℃, l'adhérence reste de classe 5B et le taux de variation de la résistance de la couche d'or est < 2%.

Polymères à cristaux liquides (LCP)L'absorption d'eau est inférieure à 0,04% et les propriétés diélectriques et les propriétés isolantes ne sont pas dégradées par la pénétration d'humidité après une immersion prolongée dans un environnement de liquide céphalo - rachidien. La matrice d'électrodes en couche mince de la base LCP permet une densité d'électrodes et un nombre de canaux plus élevés avec seulement 1 / 11 de la rigidité des électrodes cliniques traditionnelles. Le réseau d'électrodes nerveuses à 25 canaux à base de LCP est préparé par électroplaquage d'or ou d'oxyde d'iridium, supérieur aux électrodes Pi en termes de force de flexion et de flexibilité.

Polyimide (PI)Est l'un des substrats les plus largement utilisés dans les électrodes flexibles. L'épaisseur du substrat revêtu d'or Pi de Advanced Academy Technology peut être aussi mince que 5 μm, ce qui convient aux électrodes d'enregistrement électrique du cerveau cortical extrêmement exigeantes en flexibilité.

Iv. Processus de revêtement: transformer l'inertie chimique des métaux précieux en une performance fiable à long terme

Transformer les avantages théoriques du placage de métaux précieux en produits d'électrodes fiables, en s'appuyant sur un contrôle précis du processus de base. En réponse à la proposition d'ingénierie des électrodes biomédicales, la technologie de l'Académie avancée a réalisé une triple percée technologique.

• Interface liaison Breakthrough – activation de pré - traitement plasma.En réponse au problème difficile de l'industrie de la force de liaison insuffisante du métal et du substrat macromoléculaire, le processus de prétraitement par plasma développé par Advanced Academy Science and Technology améliore efficacement la résistance de la liaison entre le substrat et la couche métallique en bombardant la surface du substrat par plasma. La conception de revêtement de gradient d'ajustement réalise la transition de contrainte du substrat à la couche métallique, évitant efficacement le pelage de l'interface en raison de la différence de module, la force d'adhérence de la couche de placage en hectogrammes jusqu'à la classe 5b, la résistance au pelage est supérieure à 0,8 N / MM.
• Rupture de qualité de placage – placage pulsé.Introduction de la technologie de placage pulsé pour réduire efficacement la porosité du placage et améliorer la compacité et l'uniformité du placage en contrôlant avec précision le temps de commutation et la fréquence du courant. Une faible porosité est essentielle pour une implantation à long terme: les micropores dans les couches isolantes et les placages sont des canaux de pénétration de la vapeur d'eau et des ions, ce qui entraîne une atténuation du signal et un couplage électrique.
• Percée de protection de l'environnement et de sécurité - plaqué or sans cyanogène.L'utilisation de la technologie de placage d'or sans cyanogène dans le processus de placage d'or offre des avantages évidents dans la réduction de la pollution de l'environnement et l'amélioration de la sécurité des opérations.

V. des matériaux aux dispositifs: les trois principaux scénarios d'application

Considérations d'option: décisions d'ingénierie de la durée d'implantation aux conditions environnementales

• La durée d'implantation détermine le chemin du matériau.Diagnostic à court terme (quelques heures à plusieurs jours) Système AG / AgCl sélectionnable; Surveillance portable à moyen et long terme (semaines à mois) devrait choisir un schéma de dorure; Les implants à long terme (plusieurs années) nécessitent le choix d'un substrat LCP ou PEEK associé à un placage d'or et un accent sur les données de durée de vie accélérée.
• L'environnement des fluides corporels est une pierre de touche corrosive.La composition chimique du liquide céphalo - rachidien, de la sueur et du sang varie considérablement, tout comme les exigences de résistance à la corrosion pour le revêtement. L'inertie chimique de l'or se distingue le plus parmi les trois métaux précieux et convient à un service à long terme dans des environnements humoraux.
• L'adhérence du revêtement et la porosité déterminent la fiabilité à long terme.La classe d'adhérence 5B (la classe la plus élevée de l'ASTM d3359) est le seuil de processus qui garantit que les électrodes ne tombent pas lors de Pliages répétés, d'implants et de service prolongé. Le revêtement d'or PEEK maintient toujours la classe d'adhérence 5b après le cycle de choc thermique de 180 ℃, le taux de variation de la résistance de la couche d'or est < 2% et est une donnée de référence clé pour évaluer la fiabilité à long terme.
• La précision d'usinage répond aux besoins des matrices à haute densité.Les sondes nerveuses à nombre de canaux élevé nécessitent une précision de structuration de l'ordre du micron. Advanced House Technology prend en charge le processus de chaîne complète de l'activation de surface → revêtement sous vide → revêtement métallique, qui peut personnaliser le système de revêtement et la microstructure du matériau d'électrode en fonction des besoins des différentes applications.

Vii. Conclusion

L'essence d'une électrode biomédicale est de créer un canal de signalisation stable, à faible bruit et respectueux de la biologie entre un système électronique rigide et un tissu biologique doux, humide et immunoactif. Il adapte les propriétés mécaniques des tissus avec des substrats flexibles (PEEK, LCP, PI), garantit la qualité du signal avec un placage de métaux précieux (or, platine, AG / AgCl), convertit l’inertie chimique des métaux précieux en performances fiables à long terme avec des procédés de prétraitement plasma et de placage pulsé – les Trois travaillant ensemble pour répondre à une question d’ingénierie centrale: comment faire en sorte que les électrodes « résident» dans le corps pendant des années tout en comprenant les signaux du corps.

Du diagnostic électrocardiovasculaire clinique aux interfaces cerveau - machine, de la surveillance continue de la glycémie à la régulation nerveuse, les électrodes biomédicales font passer les tests médicaux du « test de prélèvement sanguin» à la « surveillance continue». Et dans ce passage technologique de « in vitro» à « in vivo», le processus de revêtement est toujours la variable centrale qui détermine les performances à long terme des électrodes.