薄膜聚合物微電極陣列（MEA）以其卓越的機械順應(yīng)性為高分辨率神經(jīng)記錄提供了便利。然而，密集的電極和互連器件以及超薄聚合物封裝/基底層會產(chǎn)生不可忽略的串?dāng)_，從而嚴(yán)重干擾神經(jīng)信號的記錄。由于缺乏對神經(jīng)電極陣列串?dāng)_的標(biāo)準(zhǔn)化表征或建模，迄今為止，人們對聚合物MEA中的串?dāng)_仍然知之甚少。在這項工作中，通過實驗測量了兩個相鄰聚合物微電極之間的串?dāng)_，并使用等效電路建立了模型。重要的是，這項研究展示了一個雙孔測量平臺，并在真正隔離受害通道和精確控制其接地條件的情況下，系統(tǒng)地描述了聚合物微電極串?dāng)_的特征。通過詳細(xì)的電路建模，提出了一個簡單的統(tǒng)一方程來計算不同環(huán)境下的串?dāng)_。此外，還進(jìn)一步進(jìn)行了有限元分析(FEA)分析，以探討在更大尺度的聚合物電極線中的串?dāng)_問題。除了使神經(jīng)電極陣列串?dāng)_表征標(biāo)準(zhǔn)化之外，這項研究不僅揭示了聚合物MEA中的串?dāng)_與各種關(guān)鍵器件參數(shù)的關(guān)系，還為設(shè)計用于高質(zhì)量神經(jīng)信號記錄的薄聚合物MEA提供了一般指導(dǎo)原則。

薄膜聚合物微電極陣列（MEA）是神經(jīng)科學(xué)和神經(jīng)工程領(lǐng)域日益重要的設(shè)備，它能通過與軟組織更具機械順應(yīng)性的基底測量神經(jīng)元活動。例如，的研究人員最近開發(fā)出了帶有數(shù)千個電極的柔性電極“線”，可植入大腦并針對特定腦區(qū)進(jìn)行信號記錄。對聚合物MEA的持續(xù)研究，包括更高的電極密度、更多的通道數(shù)量、更優(yōu)化的封裝/基底層和器件占地面積，對于實現(xiàn)所需的性能，如空間分辨率、信號質(zhì)量、信息吞吐量和長期生物相容性至關(guān)重要。然而，在按比例放大的MEA中，密集排列、數(shù)量不斷增加的微電極和互連器件會導(dǎo)致信號串?dāng)_，從而對信號記錄造成嚴(yán)重干擾。據(jù)報道，在基于硅（Si）的最新神經(jīng)探針設(shè)計中，串?dāng)_系數(shù)從0.006%到8%不等，而大于1%的串?dāng)_在神經(jīng)信號記錄中被認(rèn)為是不可忽略的。由于聚合物材料的絕緣性能有限，而且需要較薄的封裝/基底層來實現(xiàn)機械順應(yīng)性，因此聚合物MEA的情況可能更糟。雖然已有關(guān)于硅基神經(jīng)器件串?dāng)_的研究，但很少有關(guān)于聚合物MEA串?dāng)_的報道。此外，迄今為止，不同的器件參數(shù)如何影響聚合物MEA中的串?dāng)_現(xiàn)象在很大程度上仍是未知數(shù)。

文獻(xiàn)中采用了不同的方法來分析硅探針中的串?dāng)_。多項研究開發(fā)了兩個平行金屬跡線的等效電路，用于分析硅探針中的串?dāng)_]。在這些電路模型中，可以通過考慮記錄路徑中涉及的不同阻抗（如電極阻抗、放大器輸入阻抗、跡線分流阻抗以及最重要的跡線間耦合阻抗）來對串?dāng)_進(jìn)行理論建模。這些阻抗可通過實驗測量得出串?dāng)_。串?dāng)_也可以通過實驗量化，方法是將電信號輸入一個通道，并從相鄰?fù)ǖ肋M(jìn)行記錄。然而，由于缺乏局部微尺度信號發(fā)生器（相當(dāng)于神經(jīng)元的工作臺測試），從真實設(shè)備或測試結(jié)構(gòu)中測量準(zhǔn)確的串?dāng)_值并驗證串?dāng)_電路建模的準(zhǔn)確性一直是個挑戰(zhàn)。此外，不同的研究對不同個體環(huán)境（如空氣或鹽溶液）中的串?dāng)_進(jìn)行了量化。但是，之前的研究都沒有考慮到串?dāng)_會受到不同電極接地條件的影響，也沒有將這一因素納入建模和表征中，從而更準(zhǔn)確地預(yù)測體內(nèi)串?dāng)_。具體來說，在真實的體內(nèi)環(huán)境中，受害電極不會像典型的硅探針研究那樣接地或被絕緣體包裹，因為它們也要記錄神經(jīng)元信號。一般來說，無論神經(jīng)電極陣列的類型如何，都沒有對其串?dāng)_進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化表征或建模。

在這項工作中，我們通過交叉研究新近獲得的理論和實驗結(jié)果，全面研究了Kapton細(xì)線中相鄰微電極之間的串?dāng)_。首先，我們利用一種新穎的兩孔三環(huán)境裝置，系統(tǒng)地測量了兩個柔性微電極之間的串?dāng)_，同時將受害通道與來自兩個孔的信號輸入真正隔離開來，并將其作為不同互連距離、不同厚度的SU8封裝層以及受害通道所處的不同接地條件（即干燥、浮動潮濕和潮濕且具有不同分流阻抗）的函數(shù)。然后，我們在統(tǒng)一的框架下，利用電極及其互連器件之間的耦合阻抗，通過等效電路建立了串?dāng)_模型，并通過雙孔設(shè)置和三種不同環(huán)境下的實驗串?dāng)_結(jié)果的頻率依賴性進(jìn)一步驗證了這一點。我們進(jìn)一步利用有限元分析（FEA）模擬電極及其互連器件之間的耦合阻抗，并預(yù)測了在體內(nèi)設(shè)置的更大比例聚合物MEA中，串?dāng)_與關(guān)鍵器件參數(shù)的函數(shù)關(guān)系。這項研究不僅規(guī)范了一般MEA的串?dāng)_評估，還特別揭示了聚合物MEA中的串?dāng)_與各種重要設(shè)備參數(shù)的關(guān)系，為高質(zhì)量神經(jīng)接口的聚合物MEA設(shè)計提供了指導(dǎo)。