灵长类动物神经信息检测系统研究

According to the brain disease research and brain function research demands, and in order to answer the key science questions, which include the way making the implantable micro-electrode array available as long as possible, the method acquiring and processing neural electrophysiological and electrochemical data effectively, the approach integrating the electrophysiological signal amplification module and the electrochemical detection module, this project develops new technology on neural electrophysiological and electrochemical dual-mode signal synchronous detection for non-human primates. Implantable long microelectrode array with surface modification for neural electrophysiological and electrochemical dual-mode signal detection for non-human primates will be designed in this project; dual-mode signal detection instrument will be fabricated; lots of experimental application research on the system will be developed to achieve the principle validation. A number of key technologies will be mastered through this project: dual-mode implantable microelectrode array fabricating technique based on MEMS; nano biological sensitive surface modification technique; reliable in vivo detection technique; dual mode neural signal detecting instrument developing technology. The implementation of this project will provide transformational technology for brain disease research and brain function research. The neural detection system in this project for non-human primates has important scientific significance and broad application prospects in brain disease research and brain function research.

本项目面向脑疾病病因机制研究和脑功能研究的重要需求，拟选功能、结构、反应最类似人类的灵长类动物进行动物模型实验，提出基于微米纳米技术的灵长类动物检测用植入式神经电生理和递质化学（双模）长微电极制备和检测新方法，围绕灵长类动物双模检测用植入式长微电极阵列的稳定性、敏感性和抗干扰问题，灵长类动物在体检测神经电和递质化学信号有效获取问题，以及灵长类动物检测系统集成等关键科学问题，开展灵长类动物神经信息检测系统研究，主要进行双模神经信号检测用植入式长微电极阵列的设计、制备和表面修饰新工艺、新技术研究，灵长类动物双模神经信息在体检测原理样机的研制以及在体应用测试基础研究。在植入式微电极阵列制作、纳米生物敏感材料修饰、在体检测可靠屏蔽、双模检测系统原理样机研制方面取得创新成果，将为脑疾病病因机制等研究提供技术支撑，研制成果将在神经科学、心理学、脑认知科学等研究方面具有重要的科学意义和广泛的应用前景。

本项目面向脑部疾病病因机制研究和脑功能研究的重要需求，开展非人灵长类动物活体检测神经电信号和化学电信号双模检测技术的研究。在自然基金支持下，在非人灵长类动物神经信息检测系统、配套的微电极阵列及在体检测应用验证方面取得了重要进展，已全面完成合同研究任务，达到和部分超过考核指标。.在非人灵长类动物脑皮层及海马区神经信息检测系统方面，搭建了非人灵长类动物脑皮层及海马区神经信息检测专用高效屏蔽检测平台，研制了非人灵长类动物脑皮层及海马区神经信息检测原理样机，动作电位和场电位测试精度为0.3μV，递质化学信号电流检测精度为pA级，实现非人灵长类动物脑皮层及海马区微弱神经信号的高灵敏度检测。目前非人灵长类动物神经信息检测方面，只有单一模式的检测分析仪器，本项目研制的检测系统能够实现神经电生理和递质化学信号双模检测，并且具有高通量、高信噪比的特点，为非人灵长动物神经信息检测提供了新的技术手段。.在非人灵长类动物脑皮层及海马区神经信息检测用配套微电极阵列方面，研制了25mm长非人灵长类动物神经信息检测专用微电极阵列，电极探测深度为25mm，建立了表面修饰新方法，提高检测灵敏度，为非人灵长类动物脑皮层及海马区神经信息检测提供新的技术手段。.在在体检测应用验证方面，利用研制的非人灵长类动物脑皮层及海马区检测用微电极阵列及原理样机进行了非人灵长类动物神经信息在体双模测试，获得了双模神经信号，为非人灵长类动物脑皮层及海马区神经信息检测系统研究奠定了技术基础，为脑科学研究提供了新工具新手段。.通过本项目的实施，发表SCI/EI收录论文16篇，申请/授权发明专利6项，完成软件著作权登记1项；培养博士研究生获得国家奖学金1项，获得中国科学院电子学研究所顶秀奖1项，获得中科院优秀毕业生1项。通过积极参与本领域主流国际会议IEEE EMBC 2016、IEEE EMBC 2018、IEEE NEMS 2018 和Biosensors 2018、与美国Z. Zhang教授开展活体实验合作等方式，与国外同行进行了深入的学术交流与合作。