Fabrico de um sistema para eletrodeposição de filmes finos de platina

Dissertação de mestrado integrado em Engenharia Eletrónica Industrial e ComputadoresEsta dissertação encontra-se integrada no projeto Brain-Lighting e surgiu devido à necessidade de se utilizar um transdutor sensorial para realizar a leitura da atividade de neurónios-alvo. Para isso, recorreu-se a platina por ser um material biocompatível e um bom transdutor de correntes iónicas (resultantes da atividade neuronal) em sinais elétricos. O método de eletrodeposição de platina foi escolhido pela sua seletividade, ou seja, apenas deposita nos contactos metálicos expostos e previamente padronizados de uma sonda neuronal, e pela possibilidade do filme de platina ser depositado após o encapsulamento da sonda neuronal, o que facilita o contacto do filme depositado com os neurónios. Assim, esta dissertação pretendia: o fabrico de um setup versátil para a eletrodeposição de filmes finos de platina; a caracterização dos filmes finos de platina depositados; e a elaboração de um protocolo para a eletrodeposição de platina com características otimizadas para aplicação numa sonda neuronal. Para tal, foram realizados vários testes experimentais, recorrendo aos métodos de eletrodeposição de: voltametria cíclica, cronoamperometria e cronopotenciometria (usando um potenciostato, Gamry Reference 600TM). Utilizaram-se amostras de filmes finos de titânio depositados em pedaços de silício, um setup de eletrodeposição propositadamente fabricado para esta aplicação, um eletrólito (2x10-3 mol/dm3 de K2PtCl6 e 0,1 mol/dm3 HClO4) e uma configuração de três elétrodos: elétrodo de trabalho, contra elétrodo (fio de platina) e elétrodo de referência de Hg/Hg2SO4. Durante os testes experimentais, foram estudados vários parâmetros, como a área de eletrodeposição, a densidade de corrente aplicada, a tensão de eletrodeposição aplicada e o tempo de eletrodeposição. Os filmes de platina depositados foram caracterizados recorrendo a vários métodos e técnicas como: perfilometria, microscópio eletrónico de varredura, espectroscopia de raios X por energia dispersiva, espectroscopia de impedância eletroquímica, entre outros. Com base nos resultados experimentais obtidos foi possível aferir que: o setup para eletrodeposição e eletrólito escolhidos são adequados para a deposição de filmes finos de platina; aplicar uma densidade de corrente de 1165 μA/cm2 aparenta ser a forma mais indicada para a eletrodeposição de filmes finos de platina nos contactos de uma sonda neuronal, uma vez que a eficiência do processo de eletrodeposição para esta densidade de corrente foi de cerca de 94 % e o filme depositado teve uma boa uniformidade e uma boa adesão ao substrato (na maioria da área de eletrodeposição).This dissertation is integrated in the Brain-Lighting project and has emerged due to the need of using a sensory transducer to read the activity of target neurons. Thus, platinum was the chosen material, because of its biocompatibility and being a good transducer from ionic currents to electrical signals. The platinum electrodeposition was selected due to its selectivity, i. e., only platinum is deposited in the metallic and patterned contacts of a neural probe. Moreover, the platinum film can be deposited after the probe encapsulation, which improves the contact between the deposited film and the neurons. The main goals of this dissertation were: the fabrication of a flexible setup for the deposition of platinum thin films; the characterization of the deposited thin films; and the development of a protocol for platinum thin film deposition with optimized features for application in a neural probe. Therefore, several experimental tests were performed, based on electrodeposition methods: cyclic voltammetry, chronoamperometry and chronopotentiometry (using a potentiostat, Gamry Reference 600TM). For the experimental tests, several samples of titanium thin films deposited on silicon were used, an electrodeposition setup fabricated for this application, an electrolyte (2x10-3 mol/dm3 of K2PtCl6 and 0,1 mol/dm3 of HClO4) and a three-electrode configuration: working electrode, counter electrode (platinum wire) and a reference electrode of Hg/Hg2SO4. During the experimental tests, several parameters were evaluated such as: the electrodeposition area, the applied current density, the applied voltage and the time of electrodeposition. The deposited platinum films were characterized based on several methods and techniques: profilometry, scanning electron microscope, energy-dispersive X-ray spectroscopy, electrochemical impedance spectroscopy, and others. Based on the obtained results, it was possible to conclude that: the electrodeposition setup and electrolyte were suitable for the reported application; apply a current density of 1165 μA/cm2 appears to be the most suitable way to deposit platinum thin films in the contacts of a neural probe, since the cathodic efficiency of the electrodeposition process for this current density was approximately 94 % and the deposited film had a good uniformity and a good adhesion to the substrate (in the majority of the electrodeposition area)