A study on long-term reliability of Parylene-C coated neural electrode using in-vitro accelerated life test

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

Neural electrode has been widely used for research and medical applications and getting more attention due to their expanding utilities for understanding our nervous system. Parylene-C has been widely used as a flexible and biocompatible insulation material for implantable neural electrode because of its good moisture barrier properties, low gas permeability, and high dielectric property. However, the long-term reliability of Parylene-C as the encapsulation layer of neural electrode has not been systemically studied yet.
In this paper, we investigated the long-term reliability of Parylene-C coated gold-channel neural electrode. The Parylene-C coated neural electrode was immersed in phosphate buffered saline (PBS) at an elevated temperature to perform an accelerated lifetime test. The electrochemical characteristic data were obtained and analyzed to evaluate the long-term reliability of Parylene-C coated neural electrode. Characteristic change over time was observed and mechanism of failure was investigated. Initial test showed rapid degradation of the characteristics due to humidity penetration. In order to reduce the degradation a flexible printed circuit board (FPCB) was used, and the lifetime of electrode was increased. It was demonstrated that the failure of electrode occurred by not just breakdown of metal-polymer heterojunction but humidity penetration into the PCB-pad site.

국문 초록 (Abstract)

신경 전극은 연구 및 임상의료 용도로 널리 사용되고 있으며 특히 신경계에 대한 연구에서 유용하게 쓰여 더욱 주목을 받는 소자이다. Parylene-C는 수분의 침습을 막는 특성을 가지고 있고 가스 투과율이 낮으며 유전율이 높아 인체에 삽입할 수 있는 유연하고 생체에 적합한 신경전극의 재료로 쓰이고 있다. 그러나 신경전극을 보호하는 유전층으로서 Parylene-C의 장기적인 신뢰성은 아직 체계적으로 연구되지 않았다.
본 논문에서는 Parylene-C가 코팅된 AU 채널 신경 전극의 장기 신뢰도를 조사하였다. 이를 위해 Parylene-C가 코팅된 신경 전극을 높은 온도에서 인산염 완충 식염수(PBS)에 담가 가속 수명 시험을 수행하였고 실험 결과를 통해 전기화학 특성 데이터를 입수하고 분석하여 Parylene-C 기반 신경 전극의 장기 신뢰도를 평가하였다. 실험이 진행될수록 전기적 특성이 변화하는 것을 관찰할 수 있었고 또한 특성이 변화하고 전극의 특성이 열화 되는 메커니즘을 조사할 수 있었다. 초기 실험에서는 습기의 침투로 인해 전극이 급격하게 열화 되는 것을 확인할 수 있었다. 이러한 열화를 막기 위해 FPCB를 도입하였고 이를 통해 전극의 수명이 늘어난 것을 확인하였다. 또한 실험결과를 통해서 금속-폴리머 접합의 파괴뿐만 아니라 PCB-전극 패드 사이에 침습이 일어나 전극의 수명이 감소하는 것을 알 수 있었다.

목차 (Table of Contents)

• 1. Introduction 1
• 1.1 Brain-machine interface and neural electrode 1
• 1.2 Classification of neural electrode. 4
• 1.3 Parylene as insulation layer 6
• 1.4 Accelerated life test 8
• 2. Method 10
• 2.1 In vitro soak test 10
• 2.2 Electrochemical characteristics measurement 12
• 3. Result and Discussion 14
• 3.1 Initial test 14
• 3.2 Electrode with FPCB test 17
• 3.3 Mechanism of failure and compensation 23
• 4. Conclusion 26
• Reference 27
• 국문초록 32