一、成果简介

柔性微纳器件是可穿戴健康监测、植入式医疗器械、脑机接口、神经调控与神经信号采集等前沿领域的核心硬件基础。然而，当前柔性电极和微纳传感器在制造过程中仍面临“材料性能难兼顾、图案精度不足、批量一致性差、柔性转移工艺复杂”的关键瓶颈。

传统柔性电极常采用激光刻蚀、丝网印刷、手工刮涂等方法制备导电层，但这些工艺普遍存在分辨率低、膜厚不可控、图形一致性差、难以兼容主流微纳加工平台等问题。同时，常用金属纳米颗粒、碳墨、导电高分子等材料在反复弯折、长期工作和复杂生理环境中，容易出现导电性能衰减、界面附着力不足、电化学稳定性不佳等问题，限制了其在高精度柔性微电极阵列和神经接口器件中的应用拓展。

 

图1.基于类石墨碳膜的柔性微纳器件制备路线及制备图

本成果提出了一种基于碳膜制备柔性微纳器件的方法，以氧化石墨烯与聚合物复合浆料为前驱体，经高温碳化形成连续类石墨碳膜，并通过柔性衬底沉积、翻转剥离、光刻图案化和刻蚀加工等工艺，实现高一致性、高精度、可批量制备的柔性微纳器件制造。该碳膜具有良好的柔性、导电性、附着力和电化学稳定性，可直接在晶圆级基底上进行微结构加工，为柔性电化学传感器、柔性微电极阵列以及未来神经电极器件提供了新的材料与工艺基础。该方法的核心创新在于：首先在硅基底上制备高质量导电碳膜，再沉积 Parylene C 等柔性衬底，通过翻转剥离技术将碳膜完整转移至柔性基底上，随后利用光刻和刻蚀工艺形成工作电极、对电极、参比电极或微电极阵列图形。相比传统依赖 BOE 等强腐蚀性牺牲层刻蚀的转移方式，该方法工艺更安全、流程更简洁，并能够有效保持碳膜结构完整性和导电性能。

基于该技术制备的柔性电化学传感器已实现葡萄糖、尿酸等生物标志物检测验证。更重要的是，该成果不仅适用于柔性生化传感，也具备向柔性神经电极方向拓展的潜力。神经电极对材料导电性、微纳图案精度、柔性贴合能力、界面稳定性和阵列一致性要求极高。本成果所形成的类石墨碳膜兼具柔性导电特征与微纳加工兼容性，可为脑电/皮层电位采集、外周神经信号记录、神经刺激电极、脑机接口柔性阵列等方向提供底层制造平台。后续可进一步围绕电极阻抗优化、界面修饰、生物相容性、慢性植入稳定性和神经信号采集性能开展系统验证，推动该技术由柔性传感器向高性能神经接口器件升级。

二、 应用领域

本成果面向柔性电子、微纳制造、生物医学工程和神经工程等交叉领域，适用于以下应用方向：

• 柔性电化学传感器

• 可穿戴健康监测设备

• 汗液、尿液、血液、间质液等体液生物标志物检测

• 柔性微电极阵列

• 植入式神经电极

• 皮层脑电、外周神经信号采集与刺激

• 脑机接口与神经调控器件

• 柔性医疗电子与智能诊疗设备

• 高一致性微纳电极批量制造平台

 

图2. 类石墨碳膜结构表征及导电碳膜与已有技术SU8碳化的EIS对比图 

 

图3.电极植入小鼠皮下间质液生物相容性展示（电极植入小鼠皮下7天伤口愈合情况良好）

三、 市场前景

本成果具有三大核心优势。

一是材料性能与微纳制造兼容性兼具。该技术通过氧化石墨烯与聚合物前驱体碳化，形成连续类石墨导电碳膜。与传统印刷型碳材料以及 SU8 碳化玻璃碳材料相比，该碳膜具有更好的面电导率、电化学活性、膜厚可控性和图案加工兼容性，可突破碳材料在柔性微纳电极制造中的工艺瓶颈。

二是柔性器件制备工艺安全、简洁、可扩展。该成果采用翻转剥离工艺将碳化导电膜完整转移至柔性衬底上，避免了传统牺牲层腐蚀工艺中强腐蚀性化学试剂的使用，能够提升柔性电极阵列制备的成品率与均一性，适合大面积、高一致性器件批量制备。

三是具备向神经电极等高价值医疗器械场景拓展的潜力。神经电极是脑机接口、神经疾病诊疗、神经康复和智能假肢控制等方向的关键器件。未来柔性神经电极将从单一信号采集向“高密度阵列记录—精准电刺激—长期稳定植入—多模态传感融合”发展，对柔性导电材料的生物相容性和微纳制造工艺提出更高要求。本成果所构建的柔性碳膜微纳加工平台，有望支撑高密度柔性神经电极、低阻抗神经记录电极、柔性刺激电极以及生化-电生理一体化神经接口器件的开发。

从产业化角度看，该成果可优先在柔性可穿戴生化传感器、医用柔性电极贴片、体液多标志物检测芯片等方向实现转化；在完成生物相容性、长期稳定性、植入安全性和神经信号采集验证后，可进一步拓展至植入式神经电极、脑机接口器件、外周神经调控电极等高附加值医疗器械方向，具备良好的持续研发和成果转化前景。

四、知识产权

1、成果由北京理工大学单独持有；

2、本成果已授权专利。

五、合作方式

技术许可、技术转让、技术服务及咨询、合作开发等。

六、对接方式

（1）合作意向方联系北理工技术转移中心；

（2）北理工技术转移中心沟通了解意向方情况； 

（3）会同成果完成团队与意向方共同研讨合作方案。

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