薄膜聚合物微电极阵列（MEA）以其卓越的机械顺应性为高分辨率神经记录提供了便利。然而，密集的电极和互连器件以及超薄聚合物封装/基底层会产生不可忽略的串扰，从而严重干扰神经信号的记录。由于缺乏对神经电极阵列串扰的标准化表征或建模，迄今为止，人们对聚合物MEA中的串扰仍然知之甚少。在这项工作中，通过实验测量了两个相邻聚合物微电极之间的串扰，并使用等效电路建立了模型。重要的是，这项研究展示了一个双孔测量平台，并在真正隔离受害通道和精确控制其接地条件的情况下，系统地描述了聚合物微电极串扰的特征。通过详细的电路建模，提出了一个简单的统一方程来计算不同环境下的串扰。此外，还进一步进行了有限元分析(FEA)分析，以探讨在更大尺度的聚合物电极线中的串扰问题。除了使神经电极阵列串扰表征标准化之外，这项研究不仅揭示了聚合物MEA中的串扰与各种关键器件参数的关系，还为设计用于高质量神经信号记录的薄聚合物MEA提供了一般指导原则。


薄膜聚合物微电极阵列（MEA）是神经科学和神经工程领域日益重要的设备，它能通过与软组织更具机械顺应性的基底测量神经元活动。例如，的研究人员最近开发出了带有数千个电极的柔性电极“线”，可植入大脑并针对特定脑区进行信号记录。对聚合物MEA的持续研究，包括更高的电极密度、更多的通道数量、更优化的封装/基底层和器件占地面积，对于实现所需的性能，如空间分辨率、信号质量、信息吞吐量和长期生物相容性至关重要。然而，在按比例放大的MEA中，密集排列、数量不断增加的微电极和互连器件会导致信号串扰，从而对信号记录造成严重干扰。据报道，在基于硅（Si）的最新神经探针设计中，串扰系数从0.006%到8%不等，而大于1%的串扰在神经信号记录中被认为是不可忽略的。由于聚合物材料的绝缘性能有限，而且需要较薄的封装/基底层来实现机械顺应性，因此聚合物MEA的情况可能更糟。虽然已有关于硅基神经器件串扰的研究，但很少有关于聚合物MEA串扰的报道。此外，迄今为止，不同的器件参数如何影响聚合物MEA中的串扰现象在很大程度上仍是未知数。

文献中采用了不同的方法来分析硅探针中的串扰。多项研究开发了两个平行金属迹线的等效电路，用于分析硅探针中的串扰]。在这些电路模型中，可以通过考虑记录路径中涉及的不同阻抗（如电极阻抗、放大器输入阻抗、迹线分流阻抗以及最重要的迹线间耦合阻抗）来对串扰进行理论建模。这些阻抗可通过实验测量得出串扰。串扰也可以通过实验量化，方法是将电信号输入一个通道，并从相邻通道进行记录。然而，由于缺乏局部微尺度信号发生器（相当于神经元的工作台测试），从真实设备或测试结构中测量准确的串扰值并验证串扰电路建模的准确性一直是个挑战。此外，不同的研究对不同个体环境（如空气或盐溶液）中的串扰进行了量化。但是，之前的研究都没有考虑到串扰会受到不同电极接地条件的影响，也没有将这一因素纳入建模和表征中，从而更准确地预测体内串扰。具体来说，在真实的体内环境中，受害电极不会像典型的硅探针研究那样接地或被绝缘体包裹，因为它们也要记录神经元信号。一般来说，无论神经电极阵列的类型如何，都没有对其串扰进行标准化表征或建模。


在这项工作中，我们通过交叉研究新近获得的理论和实验结果，全面研究了Kapton细线中相邻微电极之间的串扰。首先，我们利用一种新颖的两孔三环境装置，系统地测量了两个柔性微电极之间的串扰，同时将受害通道与来自两个孔的信号输入真正隔离开来，并将其作为不同互连距离、不同厚度的SU8封装层以及受害通道所处的不同接地条件（即干燥、浮动潮湿和潮湿且具有不同分流阻抗）的函数。然后，我们在统一的框架下，利用电极及其互连器件之间的耦合阻抗，通过等效电路建立了串扰模型，并通过双孔设置和三种不同环境下的实验串扰结果的频率依赖性进一步验证了这一点。我们进一步利用有限元分析（FEA）模拟电极及其互连器件之间的耦合阻抗，并预测了在体内设置的更大比例聚合物MEA中，串扰与关键器件参数的函数关系。这项研究不仅规范了一般MEA的串扰评估，还特别揭示了聚合物MEA中的串扰与各种重要设备参数的关系，为高质量神经接口的聚合物MEA设计提供了指导。