脑机接口（BCI）的研究--植入式无线微刺激器_HFSS_电路_电子_芯片_Electric_控制_试验

脑机接口（BCI）的研究--植入式无线微刺激器

神经系统的电刺激有着悠久的历史。许多重要的发现导致了有价值的临床疗法，例如用于控制帕金森病的脑深部刺激，或在神经外科手术前使用表面刺激来识别有说服力的区域。在当代脑机接口（BCI）领域，一个关键的愿望是推进将有意义的信息写入皮层的电子手段。然而，对于未来的闭环 BCI 系统，将有意义和自然的电生理反馈直接实时提供给大脑的能力仍然是一个难以实现的目标。最近有研究提出了一种无线方法，通过空间分布的硅微芯片外皮层植入网络进行多点模式电微刺激，以针对皮层的特定区域。

也有报道称，将局部匹配的视网膜电流刺激注射到非人类灵长类动物的初级视觉皮层中，会引发不同的视觉推论。在这些工作中，硅微电极阵列（MEA），如犹他阵列，已被用于提供简单的电流刺激模式，以评估微刺激的疗效。然而，这种单片系留植入物在固定电极配置、通道数量有限以及皮质覆盖范围有限方面存在缺点。例如，在早期临床试验中，MEA仅在一个或两个手指的一部分引起感觉。扩大覆盖范围以覆盖额外的皮质区域并植入多个MEA对于长期慢性使用可能不切实际。同样，经皮连接也是不可取的，这突显了无线植入的重要性。最近在使用磁感应作为机制的微探针设计中实现了将局灶电流输送到皮层。

植入物无线线圈的制造

当数字控制器产生单次激励时，下行链路频率决定了微刺激频率。由于制造和植入方法的精度有限，微刺激器的角度可能会有所不同，从而影响无线效率。

Tx 线圈和继电器线圈使用 Ansys HFSS 设计，并采用聚酰亚胺印刷电路板制造，并分别使用生物医用环氧树脂和 LCP 封装.

使用焊膏（SMD4300SNL10，Chip Quik）将谐振电容器（并联 0.8 pF 和串联 1.2 pF）连接到 Tx 线圈后，应用了最少量的生物医用环氧树脂来封装 Tx 线圈。

对于继电器线圈，使用了热塑性 LCP 封装，以确保线圈的长期安全。

该包装使用多层 LCP 薄膜，结合了高熔融温度（CTZ-50）和低熔融温度（CTF-25、CTF-50）变体，以提高层间附着力并最大限度地减少缺陷。使用热压机（型号 4386，Carver Inc.）的热压工艺最初包括在 250 °C 和 ~ 250 kPa 的压力下压制薄膜 10 分钟以塑造顶层，然后在 284 °C 下用 ~ 450 kPa 压制 30 分钟，以密封顶层和底层，将线圈对齐中间。

制造后，将密封封装的线圈在 120 °C 的受控温度下进行 3 天的加速老化测试，以确认线圈的谐振性能没有变化。任何水的渗透都会降低线圈的谐振频率和品质因数，这是通过使用网络分析仪（E5071B，安捷伦）的 S 参数测量来确定的。

将继电器线圈植入大鼠体内后，使用便携式网络分析仪（MS2036A，Anritsu）检查其谐振.

参考文献

[1] Lee, AH., Lee, J., Leung, V. et al. Patterned electrical brain stimulation by a wireless network of implantable microdevices. Nat Commun 15, 10093 (2024). https://doi.org/10.1038/s41467-024-54542-1

来源：微波工程仿真

Lorentz 模型和 Drude 模型

Lorentz模型和Drude模型，这两个都是关于材料的光学性质的经典模型。是经典理论中描述材料光学和电学性质的两个重要模型，分别针对不同物理场景设计。目录 Lorentz 模型 Drude 模型参考资料 *As shown below👇Lorentz 模型基本假设束缚电子：假设电子被原子核束缚，类似于弹簧振子（谐振子），具有固有共振频率ω0阻尼机制：电子振动因辐射或碰撞产生阻尼。恢复力：电子位移产生线性恢复力洛伦兹模型描述了介质的极化场的一个分量对相同的电场分量的时间响应左边的第一项表示电荷加速度，第二项为阻尼系数L的系统阻尼机制，第三项为特征频率f0 = ω0/2π的恢复力。驱动项具有耦合系数χL。假设工程exp（+jωt）的时间依赖性，频域的响应由表达式给出在小损耗ΓL/ω0《1下，响应在固有频率f0处明显共振。极化率和电场与电磁化率有关洛伦兹模型有几个著名的特殊情况。当加速度项与其他项相比较小时，可以得到Debye模型：当恢复力可以忽略不计时，可以得到Drude模型： Drude 模型基本假设自由电子气：假设材料（如金属）中存在大量自由电子，这些电子在正离子背景中自由运动。散射机制：电子与晶格缺陷、声子（晶格振动）或其他电子发生碰撞，平均碰撞时间间隔为弛豫时间（ 𝜏 τ）。无恢复力：忽略电子与原子核之间的束缚力（即无谐振子特性）。模型对比 Drude 模型是 Lorentz 模型的特例：当ω0=0（无束缚）时，Lorentz 模型退化为 Drude 模型。组合模型：实际材料（如掺杂半导体）可能同时包含自由电子和束缚电子，需结合两者（Drude-Lorentz 模型）。量子修正：现代理论（如能带论）需引入量子力学，但经典模型仍对定性分析有效。局限性Drude 模型：忽略电子-电子相互作用、量子效应（如费米面、泡利不相容）。Lorentz 模型：未考虑非谐性、多体效应及复杂能带结构。参考文献 [1] B. Zhang and Z. N. Chen, “Guided-wave Suppression in Uniaxial Anisotropic Metamaterial Slab for Radiation Pattern Control of Covered Dipoles,” IEEE Trans. Antennas Propagat., pp. 1–1, 2024, doi: 10.1109/TAP.2024.3474799.[2] N. Engheta and R. W. Ziolkowski, Metamaterials: physics and engineering explorations. Hoboken, NJ IEEE Press: Wiley, 2006.来源：微波工程仿真