[发明专利]一种具有电生理记录和多模态刺激功能的神经微电极阵列

说明书

本发明公开了一种具有电生理记录和多模态刺激功能的神经微电极阵列。目前，由于受到集成技术和刺激伪迹的影响，大部分的多功能神经微电极阵列都不具有同时进行电生理记录、电刺激、光刺激和微流体刺激的功能。本发明采用ACF导电胶作为黏合层，通过热压键和实现微LED与多功能硅探针的光电集成。另一方面，为了避免记录通道中出现刺激伪迹，本发明在记录电极和刺激电极之间，硅探针与PI供电层之间均设置了金属屏蔽层，为实现微电极阵列同时进行高时空分辨率的刺激与记录提供技术和理论基础。同时，本发明在单个硅探针上同时集成了电记录、电刺激、光刺激和微流体刺激功能，大大提高了神经微电极阵列的多功能性。

技术领域

本发明属于MEMS生物传感器技术领域，具体涉及一种用于电生理记录和多模态刺激的多功能神经微电极阵列的制备与集成方法，该芯片是通过MEMS微加工和微组装技术在PI和硅衬底上实现神经微电极阵列的制备与集成。

背景技术

目前，在世界范围内因神经系统疾病造成的死亡率高达12％，这些疾病包括癫痫、帕金森震颤和多发性硬化症。如今，人们可以通过记录癫痫病人的局部场电位来确认病灶位置，并通过手术切除或者电刺激病灶来预防癫痫发作。此外，通过对下丘脑和苍白球进行深脑电刺激还可以缓解由晚期帕金森疾病引起的震颤。因此，重大脑疾病诊断、治疗与干预，已成为我国脑计划中最具有现实意义和未来价值的三大支柱之一。而高时空分辨率地刺激和记录神经活动对了解神经元之间如何交流以及行为功能如何发生异常重要。

为实现神经微电极阵列的刺激与记录功能，目前常采用的办法就是将记录电极与光纤、光波导、LD/LED进行集成。美国密西根大学的F.Wu博士在论文“An implantableneural probe with monolithically integrated dielectric waveguide andrecording electrodes for optogenetics applications”中将集成在密西根电极上的氮氧化硅光波导与光纤进行耦合实现了8通道记录和1通道光刺激。然而，这种方法会造成光纤缠绕从而限制行为动物的自由移动。为避免使用光纤，德国弗莱堡大学的P.Ruther教授在论文“Compact Silicon-based Optrode with Integrated Laser Diode Chips,SU-8Waveguides and Platinum Electrodes for Optogenetic Applications”中使用裸激光二极管(LD)与聚合物SU-8光波导进行耦合实现了8通道记录和4通道光刺激。美国密西根大学的E.Yoon教授在论文“Dual color optogenetic control of neural populationsusing low-noise,multishank optoelectrodes”中进一步将多个具有不同波长的LD与氮氧化硅光波导进行耦合，从而实现了32通道记录和4通道的光刺激/抑制功能。为了提高光刺激分辨率，美国密西根大学的E.Yoon教授在论文“Monolithically Integrated mu LEDson Silicon Neural Probes for High-Resolution Optogenetic Studies in BehavingAnimals”中进一步将12个微LED和32个记录电极点单片集成在4个硅基微探针上，其LED和电极点的空间分辨率可小于1微米。该方法制备的多功能神经微电极能够同时实现光刺激以及电生理记录的功能。通过对上述关于多功能神经微电极的研究现状进行分析不难发现，目前大部分的多功能神经微电极阵列都不具有同时进行电生理记录、电刺激、光刺激和微流体刺激的功能。这一方面是因为目前大部分神经微电极的制备工艺与微LED或者微流体通道的制备工艺兼容性较差导致的。另一方面，电刺激、光刺激和微流体刺激过程中在记录通道中引入的刺激伪迹也限制了神经微电极的多功能集成。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术中的缺陷，利用MEMS微加工技术实现具有电生理记录、光刺激、电刺激和流体给药功能的新型多功能神经微电极阵列的制备与集成。