[發明專利]一種解碼大腦活動的針狀高密度電極陣列的制備方法

有效

• 申請號: 201711398784.8
• 申請日: 2017-12-22
• 公開（公告）號: CN109962013B
• 公開（公告）日: 2020-12-04
• 發明（設計）人: 徐淮良;裴為華;蘇越;王飛;詹學鵬;張雪蓮;張旭;陳弘達
• 申請（專利權）人: 吉林大學;中國科學院半導體研究所
• 主分類號: H01L21/28
• 分類號: H01L21/28;H01L21/822
• 代理公司: 長春吉大專利代理有限責任公司 22201
• 代理人: 劉世純

本發明公開了一種解碼大腦活動的針狀高密度電極陣列的制備方法，屬于高密度電極陣列制備技術領域，首先通過Cadence軟件設計需要的電極連線和電極記錄位點，采用標準的0.18μm CMOS流片工藝，制備出有高密度電極陣列的硅基片，然后利用碳化硅粉末將基片進行減薄，然后用拋光液對基片進行拋光處理提高基片表面質量，最后通過程序控制掃描振鏡的方式來控制飛秒激光的運動軌跡，在基片上圖案化切割出具有生物安全性、穩定性并且邊緣光滑的針狀高密度電極陣列，便于在植入腦內過程中不損傷神經纖維，實現對神經元活動信號高精度的采集。

技術領域

本發明屬于高密度電極陣列制備技術領域，具體涉及一種解碼大腦活動的針狀高密度電極陣列的制備方法。

背景技術

大腦是一個約860億神經元構成的超復雜神經網絡，是生物體內結構和功能最復雜的組織。大腦對于外界事件的響應及信息處理的過程，都需要涉及許多神經細胞的共同作用。神經元是大腦的基本單位及基本功能單位，在神經元被激活時，其膜電位會發生快速的特征性變化，稱為峰電位。因此要研究大腦的復雜機制過程并解碼大腦信息編碼原理，必須獲得大腦中足夠數目神經元的峰電位。然而，要獲得每一個神經元工作過程中的峰電位是不可能的。因此，人們通過采用一些新技術來盡可能多的同時觀察獲取單個神經元的峰電位。例如：功能磁共振成像、腦電圖技術、雙光子鈣成像技術以及多通道在體記錄技術等，但是這些技術都存在自身的弊端。功能磁共振成像以及腦電圖技術無法分辨單個神經元峰電位，雙光子鈣成像技術無法獲取神經元的高頻放電活動，而多通道在體記錄技術在電極植入腦內的過程中，會對神經元帶來了一定的損傷性。近年來，多記錄點高密度電極陣列技術的迅速發展使這些問題得到較好的解決，由于這種電極陣列具有體積小、性能穩定可靠、記錄點多等優點，并在植入大腦組織過程中不損傷神經元，同時可以在二維中同時檢測多達上百個記錄點的場電位和神經細胞的Unit電位。由于這些優點，這種高密度電極陣列會成為探索大腦信息編碼原理的最有力工具。

高密度電極陣列需要植入大腦組織并實現對神經元活動信號長期有效的采集記錄，因而生物安全性，穩定性以及植入手術的易操作性是高密度電極陣列需要具備的，也是衡量電極陣列好壞的關鍵指標。因此，高密度電極陣列的制備方法顯得尤為重要，需要滿足以下幾點。首先要符合制作工藝條件，高密度電極陣列需要在很小的面積內安放較多的記錄點，主流的工藝有 CMOS工藝和MEMS工藝，為實現多通道布線采用CMOS工藝制作，而且長期性能可靠，均一性好。同時也需要考慮在植入大腦組織過程中不損傷神經元，因而高密度電極陣列的邊緣需要平滑并且橫向尺寸較小。傳統的圖案化制備高密度電極陣列的方法有深硅刻蝕法以及劃片法。然而對于基于CMOS流程工藝制備出的基片，由于其存在諸多金屬阱，利用深硅刻蝕法將無法對其進行較好的刻蝕。同時高密度電極陣列的橫向尺寸較小，用劃片法很難對切割方向有較好的控制而且其切割精度無法達到要求。飛秒激光具有持續時間短、峰值功率高的特點，因此飛秒激光切割時能量擴散深度以及熱效應較小，切割精度高、切割速度快并且切割邊緣整齊。并且飛秒激光切割屬于非接觸式切割，可克服材料硬度大、脆性大帶來的切割困難，同時可實現圖案化切割。因此采用飛秒激光在基片上切割出用于采集神經元活動信號的針狀高密度電極陣列。

發明內容

為了克服現有技術中存在的上述缺陷，本發明提供了一種解碼大腦活動的針狀高密度電極陣列的制備方法，首先通過Cadence軟件設計需要的電極連線和電極記錄位點，采用標準的 0.18μm CMOS流片工藝，制備出有高密度電極陣列的硅基片，然后將基片減薄拋光，最后利用飛秒激光在基片上切割出用于采集神經元活動信號的針狀高密度電極陣列，制備出的高密度電極陣列滿足生物安全性、穩定性的同時邊緣平滑，便于在植入腦內過程中不損傷神經纖維，實現對神經元活動信號高精度的采集。

本發明是通過以下技術方案實現的：

一種解碼大腦活動的針狀高密度電極陣列的制備方法，具體步驟如下：

（1）、硅基片的預處理過程；