面向脑机接口的柔性MEMS电容干电极技术基础研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号：
    61176104
  • 项目类别：
    面上项目
  • 资助金额：
    58.0万
  • 负责人：
    杨春生
  • 依托单位：
    上海交通大学
  • 学科分类：
    F0407.微纳机电器件与控制系统
  • 结题年份：
    2015
  • 批准年份：
    2011
  • 项目状态：
    已结题
  • 起止时间：
    2012-01-01 至2015-12-31

项目摘要

通过脑机接口能直接认知和理解大脑意识，可帮助瘫痪患者及交流障碍者恢复运动和交流功能。但目前的脑机接口主要基于湿电极技术，传统的湿电极易干而不能长时间检测脑电信号。基于MEMS的干电极技术可用于长时间检测脑电，是有效解决方案之一。本项目提出一种面向脑机接口的柔性MEMS电容干电极技术。针对干技术目前研究存到的主要问题，重点研究采用柔性电容脑电极解决目前刚性电极与头部曲面不匹配的问题，研究柔性电容电极采集脑电的规律和特性；分析基于MEMS三维微结构对提高柔性干电极采集性能的影响，并探讨在MEMS三维微结构表面进行纳米改性以进一步提高电容电极的比表面积；研究有头发区域电容电极的采集特性，分析电极与头皮接触与非接触状态对采集效果的影响；并对电容电极阻抗转换电路的抗干扰方法进行研究。为研究下一代便携式脑机接口和实现瘫痪患者及交流障碍者的运动和交流功能恢复打基础。

结项摘要

高质量的脑电信号是脑机接口技术的基础。目前，采集脑电信号主要用传统的银氯化银湿电极，这类电极需要配合导电胶一起使用，虽然湿电极采集信号的质量好，但由于导电胶容易变干而导致采集信号的质量下降，因此湿电极不能用于长时间的记录脑电信号。因此，需要开发柔性干电极来代替湿电极。本项目研究采用等效电路方法建立了柔性干电极记录脑电信号的理论模型，分析了干电极采集脑电时噪声的来源，为干电极的设计提供了理论依据。本项目中研制了5种干电极：接触柔性干电极，非接触式干电极，干粘接干电极，导电聚合物干电极，微针干电极。相对刚性电极，柔性电极有利于增大电极和皮肤的有效接触面积，从而减小接触阻抗，有利于记录到高质量的脑电信号；研制了干电极的阻抗转换电路，分析了柔性干电极因其结构形状和尺寸、电介质特性等对采集脑电信号的影响，并对电极进行优化设计，应用所研制的电容干电极、相应的电路及无线模块构成了脑电记录系统。全面完成本项目的研究内容和研究目标。本项目执行期内发表论文10篇，申请专利9项，授权专利8项，培养研究生2名。

项目成果

期刊论文数量（11）
专著数量（0）
科研奖励数量（0）
会议论文数量（1）
专利数量（0）
PDMS-Based Low Cost Flexible Dry Electrode for Long-Term EEG Measurement
基于 PDMS 的低成本柔性干电极，用于长期脑电图测量
  • DOI：
    10.1109/jsen.2012.2204339
  • 发表时间：
    2012-09-01
  • 期刊：
    IEEE SENSORS JOURNAL
  • 影响因子：
    4.3
  • 作者：
    Wang, Long-Fei;Liu, Jing-Quan;Yang, Chun-Sheng
  • 通讯作者：
    Yang, Chun-Sheng
Flexible dry electrode based on carbon nanotube/polymer hybrid micropillars for biopotential recording
基于碳纳米管/聚合物混合微柱的柔性干电极用于生物电势记录
  • DOI：
    10.1016/j.sna.2015.09.024
  • 发表时间：
    2015-11-01
  • 期刊：
    SENSORS AND ACTUATORS A-PHYSICAL
  • 影响因子：
    4.6
  • 作者：
    Peng, Hui-Ling;Liu, Jing-Quan;Yang, Chun-Sheng
  • 通讯作者：
    Yang, Chun-Sheng
Polydimethyl-siloxane film for biomimetic dry adhesive integrated with capacitive biopotentials sensing
用于集成电容式生物电势传感的仿生干胶的聚二甲基硅氧烷薄膜
  • DOI：
    10.1016/j.snb.2014.08.069
  • 发表时间：
    2014-12
  • 期刊：
    Sensors and Actuators B: Chemical
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    Wang, Long-Fei;Liu, Jing-Quan;Dong, Yunzhao;Yang, Bin;Chen, Xiang;Yang, Chun-Sheng
  • 通讯作者：
    Yang, Chun-Sheng
A MEMS-based pyramid micro-needle electrode for long-term EEG measurement
基于MEMS的金字塔微针电极用于长期脑电图测量
  • DOI：
    10.1007/s00542-012-1638-2
  • 发表时间：
    2013-02-01
  • 期刊：
    MICROSYSTEM TECHNOLOGIES-MICRO-AND NANOSYSTEMS-INFORMATION STORAGE AND PROCESSING SYSTEMS
  • 影响因子：
    2.1
  • 作者：
    Wang, Long-Fei;Liu, Jing-Quan;Yang, Chun-Sheng
  • 通讯作者：
    Yang, Chun-Sheng
Flexible multi-channel microelectrode with fluidic paths for intramuscular stimulation and recording
灵活的多通道微电极，具有用于肌内刺激和记录的流体路径
  • DOI：
    10.1016/j.sna.2015.02.035
  • 发表时间：
    2015-06
  • 期刊：
    Sensors and Actuators A: Physical
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    He, Qing;Yang, Bin;Chen, Xiang;Yang, Chun-Sheng
  • 通讯作者：
    Yang, Chun-Sheng

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微观权力、法家思想与管理控制研究
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  • 通讯作者：
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    吕智宇
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  • 期刊：
    中国麻风皮肤病杂志
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    --
  • 作者：
    杨春生;徐丹;蒋冠;魏志平;郑骏年;刘彦群.
  • 通讯作者：
    刘彦群.

其他文献

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杨春生的其他基金

基于MEMS技术的太赫兹超材料三维电磁感应透明慢光调控器
  • 批准号：
    61674104
  • 批准年份：
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    面上项目
PMMA反应离子深刻蚀加工及其侧壁钝化技术的研究
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    16.0 万元
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    面上项目

相似国自然基金

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相似海外基金

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课题项目：调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要：

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题，其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子，其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而，TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用，影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法，探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用，为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义，并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路：

科学问题：TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达？
前期研究：已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应，但其具体机制尚不明确。
研究创新点：本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线：包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术：TRIM2与病毒RNA的相互作用分析，IFN-β启动子活性检测。
实验模型：使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
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