大规模混成式准三维神经元探针阵列

神经元微探针是直接沟通大脑和外部客观世界的重要手段，是研究神经系统的有力工具。针对神经生物学对于同时记录大量神经元信号的需要，本项目提出了大规模混成式准三维大规模神经元探针阵列的新结构和新制备方法。针对现有神经元探针电路模型存在严重缺陷的情况，本申请提出类比半导体异质结概念来建立微电极/溶液界面新模型，在此基础上建立适合MEMS神经元探针阵列的电路模型，并以交流阻抗为参考指标，建立神经元探针阵列的设计原则和性能评价体系。

神经元探针阵列是研究神经生理学的重要工具，是脑机接口的主要实现方案和神经修复的可行方法。本文开展了混成式准三维神经元探针阵列的研制工作，主要包含以下四个方面的工作：.(1)为混成式神经元探针阵列设计了独特的三部分组成的神经元探针结构，研究了神经元探针硅针阵列的制备工艺，主要包括探针切割成型工艺、探针阵列与电路的集成工艺、金属电极工艺和绝缘层工艺。制备成功10×10规模的神经元探针阵列，10×10规模集成了放大电路的神经元探针阵列，探针典型尺寸：高度为1.5mm，宽度为100μm，中心距为400μm，针尖角度为25°。.(2)神经元探针的信号放大电路设计、仿真、流片和测试工作。在放大器中集成了低通滤波器，滤除神经信号中的直流部分。放大器实测带宽为3.5Hz-5.5KHz，带宽内增益为48dB，基本满足神经元探针探测的要求。.(3)通过采用理论和实验相结合的方法研究了金属电极/溶液界面的交流阻抗特性，并借助MOSC的概念，在金属电极/溶液界面模型上引入经验参数修正了该模型，使得模型更好地符合实际测量结果，可以用来指导探针的设计和评估探针的性能。.(4)神经元探针阵列的生物实验。对制备的神经元探针阵列开展了在生理盐水模拟测试，实验结果表明探针和放大器在5Hz-5KHz带宽内拾取信号能力和放大信号能力优良。采用神经元探针进行了大鼠在体实验，测试结果表明本文研制的混成式准三维神经元探针阵列性基本能满足生物实验要求。.本文研制的神经元探针阵列的主要优点：采用混成工艺将探针阵列和信号处理电路集成，在电路上集成并转串电路后，大大降低了输出端口数量，解决了大规模神经元探针输出接口复杂的问题，接口简单有利于动物植入应用。混成式准三维神经元探针阵列的加工工艺简洁。.项目执行过程中，发表论文1篇，申请专利3份，其中已授权1份，培养研究生1名。