只需1步！微电子热成型技术制备三维柔性微电极阵列

柔性微电极阵列是人工视觉、脑机接口等神经修复设备的核心部件，电极与神经组织的贴合距离直接决定刺激与信号采集效果。传统方案依靠多步MEMS工艺制备三维电极，光刻、蒸镀、刻蚀等工序繁复，不仅成本高、良率低，且难以在单一阵列集成不同形态、高度的微米结构。刚性硅基电极还存在力学失配问题，长期植入易引发组织炎症。此前生物领域微热成型技术仅能加工无导电线路的纯聚合物，成型结构单一，无法满足功能性神经器件开发需求，行业亟需一套流程简洁、结构自由度高的三维微电极制备新方案。

基于此，韩国釜山大学团队在《npj Flexible Electronics》发表题为“Microelectrothermoforming (μETF): one-step versatile 3D shaping of flexiblemicroelectronics for enhanced neural interfaces"的突破性研究成果，提出微电子热成型（μETF）一体化工艺，仅单次高温热压，即可在液晶聚合物（LCP）柔性基底上同步制备凸起、凹陷两类多样化三维微电极（MEA）。整套工艺的核心模具由摩方精密面投影微立体光刻（PμSL）技术3D打印一体成型，模具同时集成微观三维形貌与对位基准键，既实现三角、圆顶、梯度微柱等任意微米结构复刻，又保障平面电极与模具热压时精准对齐，模具尺寸偏差仅3%。经视网膜假体场景验证，该三维电极刺激阈值降低1.7倍，空间分辨率提升2.2倍，为下一代生物柔性电子器件提供全新的底层制造路径。

实验选用机械强度高、吸水率极低、生物相容性优良的LCP作为基底材料，先通过标准微加工完成平面金导电线路制备。研究团队采用摩方nanoArch® S130（精度：2 μm）3D打印系统制备带有微米级结构与对位键的母模，经耐高温环氧树脂翻模得到可重复使用的成型模具。平面电极阵列借助激光定位孔与模具对位键完成校准，在200℃、恒定压力下保温热压30分钟，基底达到玻璃化转变温度后发生可控局部塑性形变，翻转夹具即可分别制备凸起微柱与凹陷微阱。成型后通过紫外激光切割机进行电极位点开口和轮廓切割，再利用氧等离子体清洗工艺去除毛刺，还可电沉积氧化铱修饰层提升电极电荷存储能力；配套宏观电热成型工艺可对整片器件二次塑形，适配眼球、大脑等曲面组织。

研究借助有限元仿真开展机电协同优化，将导电金线路电镀增厚至4 μm，选用10 μm线宽、180°圆弧蛇形引线，解决热拉伸引发的电极开裂、线路断路问题，成型后线路完好率达100%。

电化学测试表明，μETF加工不会改变电极阻抗、电荷存储容量等核心电学性能；力学耐久性测试证实，生理眼压、颅内压作用下80 μm凸起电极形变量不足2.2 μm，百次压缩回弹、多次模拟组织滑动后器件性能无衰减。

团队搭建小鼠离体视网膜钙成像系统开展功能验证，80 μm凸起为优异结构高度。相较于平面电极，三维电极刺激阈值由1.55 μA 降至0.91 μA，神经激活区域大幅收窄，有效抑制通道间电流串扰，与电场仿真结果高度吻合。

总结：本研究创新融合工业热成型与微纳制造，依托摩方微纳3D打印一体化模具实现微米结构与高精度对位，仅一步热压完成多形貌三维柔性电极制备，大幅简化传统MEMS多道加工流程，缩短定制器件研发周期。该工艺兼容多种医用热塑性材料，可覆盖植入式神经假体、体外类器官芯片、柔性体表传感等多元场景。整套方案在工艺复杂度、结构设计自由度、长期植入可靠性之间实现平衡，为高分辨率人工视网膜、脑机接口等生物电子设备提供全新制造路径。