[發(fā)明專利]一種超高通量高時(shí)空分辨率活體神經(jīng)元活動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710833857.5
• 申請(qǐng)日: 2017-09-15
• 公開（公告）號(hào): CN107485385B
• 公開（公告）日: 2020-02-07
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 許磊;謝東成;陳閩強(qiáng);魏勁松;吳楓
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)
• 主分類號(hào): A61B5/04
• 分類號(hào): A61B5/04;A61B5/00;A61B5/0476;H01L21/28
• 代理公司: 11260 北京凱特來(lái)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司
• 代理人: 鄭立明;鄭哲

1.一種超高通量高時(shí)空分辨率活體神經(jīng)元活動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，包括：神經(jīng)探針陣列、控制與顯示系統(tǒng)、信號(hào)采集模塊、信號(hào)處理模塊和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)傳輸模塊；神經(jīng)探針陣列、信號(hào)采集模塊、信號(hào)處理模塊和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)傳輸模塊依次連接，控制與顯示系統(tǒng)分別與神經(jīng)探針陣列、信號(hào)采集模塊、信號(hào)處理模塊和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)傳輸模塊連接；其中：

所述神經(jīng)探針陣列作為神經(jīng)信號(hào)的采集工具；

所述信號(hào)采集模塊，用于采集讀出神經(jīng)探針陣列采集到的神經(jīng)信號(hào)；

所述信號(hào)處理模塊，用于對(duì)信號(hào)采集模塊讀出的神經(jīng)信號(hào)依次進(jìn)行放大、濾波、模數(shù)轉(zhuǎn)換；

所述數(shù)據(jù)存儲(chǔ)傳輸模塊，用于對(duì)信號(hào)處理模塊處理后的神經(jīng)信號(hào)數(shù)據(jù)進(jìn)行傳輸和存儲(chǔ)；

所述控制與顯示系統(tǒng)，用于控制神經(jīng)探針陣列、信號(hào)采集模塊、信號(hào)處理模塊和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)傳輸模塊的工作并顯示相關(guān)工作過程；

其中，所述神經(jīng)探針陣列為多根探針按照一定的排列順序通過倒焊工藝或者接插件的方式垂直裝配到連接器上，形成通道總量為10000的三維神經(jīng)探針陣列，單根探針的通道數(shù)為500～1000；連接器的一面是探針的插槽或接焊盤，另一面是100×100的焊盤陣列；

采用CMOS電路芯片紅外焦平面陣列作為信號(hào)采集模塊，CMOS電路芯片紅外焦平面陣列通過倒焊的方式與神經(jīng)探針陣列的連接器相連，信號(hào)采集模塊的讀出電路ROIC通過特定的電路接口與信號(hào)處理模塊相連。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種超高通量高時(shí)空分辨率活體神經(jīng)元活動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，采用微納加工技術(shù)制作表面電極陣列神經(jīng)探針，其中襯底采用硅，用低壓化學(xué)氣相沉積生長(zhǎng)一層0.1～1微米的氧化硅或者氮化硅薄膜作為電極襯底隔絕層；電極和內(nèi)部連線采用Au和Ti，或者Pt和Ti，使用電子束光刻或者電子束光刻-紫外光刻混合技術(shù)進(jìn)行圖形曝光；然后使用等離子化學(xué)氣相沉積或者低壓化學(xué)氣相沉積技術(shù)生長(zhǎng)氧化硅單層、氮化硅的單層或者氧化硅和氮化硅復(fù)合薄膜作為鈍化層，采用反應(yīng)離子刻蝕或離子束刻蝕將電極暴露出來(lái)，最后采用濕法刻蝕技術(shù)完成神經(jīng)探針輪廓的形成。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種超高通量高時(shí)空分辨率活體神經(jīng)元活動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，所述信號(hào)處理模塊中，通過差分放大器實(shí)現(xiàn)神經(jīng)信號(hào)的放大處理，通過濾波器濾除其中的噪聲信號(hào)，通過模數(shù)轉(zhuǎn)換器將去噪后的信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器采樣頻率大于20kHz，分辨率為12bits，實(shí)現(xiàn)了神經(jīng)信號(hào)的高保真采樣量化。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種超高通量高時(shí)空分辨率活體神經(jīng)元活動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，所述數(shù)據(jù)存儲(chǔ)傳輸模塊，采用Camera Link協(xié)議，存儲(chǔ)量為TB量級(jí)，傳輸速率為Gb/s量級(jí)，時(shí)間分辨率為1ms，將信號(hào)處理模塊輸出的且經(jīng)過FPGA轉(zhuǎn)換成特定的格式的數(shù)據(jù)進(jìn)行傳輸與存儲(chǔ)。