High-Density 3D Pyramid-Shaped Microelectrode Arrays for Brain-Machine Interface Applications

Les dispositifs médicaux dédiés aux enregistrements des activités neuronales et à la stimulation de tissus nerveux sont appelés interfaces cerveau-machines. Ils offrent un potentiel important pour restaurer diverses fonctions neurologiques perdues. Un élément clé dans la mise en œuvre des dispositifs est le réseau de microélectrodes (MEAs pour MicroElectrode Arrays en anglais) servant d'interface avec les tissus nerveux. Les MEA jouent un rôle important dans les implants lors d'expérimentations chroniques, ils doivent être fiables, stables et efficaces pour l'enregistrement et la stimulation à long terme. Les propriétés électrochimiques et la compatibilité biologique des microélectrodes sont des facteurs essentiels qui doivent être prises en compte lors de leur conception et fabrication. La présente thèse traite de la conception et la fabrication de MEA en silicium micro-usiné à haute densité et en forme de pyramides qui sont destinés à l'enregistrement et la stimulation intracorticals 3D. Nous nous concentrons principalement sur les techniques de microfabrication des électrodes et le développement de procédure du revêtement de matériaux nécessaires pour la biocompatibilité et protection des dispositifs implantables. Nous élaborons des microélectrodes à hauteur variable pour enregistrer des signaux neuronaux, sans perdre la capacité de microstimulation et tout en maintenant des impédances de faibles valeurs. Cette caractéristique est obtenue en modifiant la géométrie et la composition de matériaux utilisés, ce qui facilite l'injection de charge et la résolution spatiale élevée. Nous présentons une nouvelle technique de micro-usinage 3D à nombre réduit de masques comparé aux techniques existantes. Nous décrivons la mise en œuvre d'un MEA à haute densité (25 électrodes / 1,96 mm2) et à différentes longueurs d'électrodes. En outre, une nouvelle technique de masquage à base de film sec a été développée pour obtenir de très petites surfaces actives pour les microélectrodes qui sont à hauteur variable. Nous avons réduit les étapes du procédé de masquage de 14 à 6 par rapport à la méthode classique de masquage utilisé dans la littérature. Nous avons ensuite effectué, pour la première fois, une croissance directe sélective de nanotubes de carbone sur les têtes de microélectrodes de longueurs variables en utilisant la technique du dépôt chimique en phase vapeur assisté par plasma (Plasma-Enhanced Chemical Vapor Deposition - PECVD).