[發(fā)明專利]單細(xì)胞水平腦功能定位的微納電極陣列芯片及其制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202011521981.6
• 申請日: 2020-12-21
• 公開（公告）號: CN112716497B
• 公開（公告）日: 2023-07-04
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張禹;蔡新霞;宋軼琳;徐聲偉;謝精玉;肖桂花;何恩慧;王蜜霞;邢宇
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院空天信息創(chuàng)新研究院
• 主分類號: A61B5/294
• 分類號: A61B5/294;A61B5/388;A61B5/1473
• 代理公司: 中科專利商標(biāo)代理有限責(zé)任公司 11021
• 代理人: 鄢功軍

1.一種單細(xì)胞水平腦功能定位的微納電極陣列芯片，包括：

襯底層，為剛性絕緣材料；

導(dǎo)電層，制備于上述襯底層上方，用于通過設(shè)置的檢測位點及電極檢測神經(jīng)電生理信號和神經(jīng)電化學(xué)信號，并將檢測到的神經(jīng)電生理信號和神經(jīng)電化學(xué)信號實時傳遞給后端采集儀器，所述檢測位點的直徑小于神經(jīng)細(xì)胞最小尺寸，其中，每組檢測位點以正七邊形狀分布，中間位點為外圍所有相鄰位點連線的中垂線交點，用于與神經(jīng)信號處理軟件結(jié)合，確定細(xì)胞在芯片表面位置坐標(biāo)；以及

絕緣層，形成于所述導(dǎo)電層上方。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的單細(xì)胞水平腦功能定位的微納電極陣列芯片，其中，所述導(dǎo)電層包括：設(shè)置有神經(jīng)信息檢測位點的尖端、電極、設(shè)置有焊點的焊盤、及將所述神經(jīng)信息檢測位點與其相對應(yīng)所述焊點一一相連接的檢測位點引線、及將所述電極與其相對應(yīng)所述焊點一一相連接的電極引線。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的單細(xì)胞水平腦功能定位的微納電極陣列芯片，其中，所述電極包括：第一神經(jīng)電生理信號檢測參比電極、第二神經(jīng)電生理信號檢測參比電極、第三神經(jīng)電生理信號檢測參比電極及神經(jīng)電化學(xué)信號檢測對電極。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的單細(xì)胞水平腦功能定位的微納電極陣列芯片，其中，所述檢測位點包括：

神經(jīng)電化學(xué)信號檢測位點，對其進(jìn)行納米材料和聚合物抗干擾離子膜的修飾，用于對神經(jīng)遞質(zhì)進(jìn)行檢測，獲得神經(jīng)電化學(xué)信號；

神經(jīng)電生理信號檢測位點，對其進(jìn)行納米材料修飾，用于對神經(jīng)細(xì)胞放電信號進(jìn)行檢測，獲得神經(jīng)電生理信號。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的單細(xì)胞水平腦功能定位的微納電極陣列芯片，其中，所述神經(jīng)遞質(zhì)為多巴胺、尿酸、抗壞血酸、五羥色胺、去甲腎上腺素、谷氨酸中的任意一種及其組合。

6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的單細(xì)胞水平腦功能定位的微納電極陣列芯片，其中，對所述神經(jīng)電化學(xué)信號檢測位點的修飾為，在所述神經(jīng)電化學(xué)信號檢測位點涂覆Nafion陽離子交換膜，以阻止陰離子干擾物對電極檢測造成干擾。

7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的單細(xì)胞水平腦功能定位的微納電極陣列芯片，其中，能夠?qū)崿F(xiàn)8個神經(jīng)電化學(xué)信號檢測位點和24個神經(jīng)電生理信號檢測位點，共32個檢測位點同時工作。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的單細(xì)胞水平腦功能定位的微納電極陣列芯片，其中，所述檢測位點分為4組。

9.一種用于制備權(quán)利要求1至8任意一種所述的單細(xì)胞水平腦功能定位的微納電極陣列芯片的制備方法，包括：

操作S1：選用SOI正面硅作為襯底，進(jìn)行第一次光刻工藝，將導(dǎo)電層圖形移植至襯底表面；

操作S2：利用濺射工藝將種子層和導(dǎo)電金屬覆蓋上述導(dǎo)電層圖形，之后采用剝離技術(shù)去除導(dǎo)電層圖形中檢測位點、參比電極、對電極、引線、焊盤圖形外的多余金屬，形成導(dǎo)電層；

操作S3：在上述導(dǎo)電層上方進(jìn)行化學(xué)氣相沉積工藝，覆蓋芯片表面；

操作S4：進(jìn)行第二次光刻工藝，將檢測位點、參比電極、對電極、焊盤位置暴露出來，使用等離子刻蝕技術(shù)對以上位置上表面的絕緣材料進(jìn)行刻蝕而對其它位置不做處理，最終形成絕緣層；

操作S5：進(jìn)行第三次光刻工藝，在襯底表面形成芯片基本圖形，使用感應(yīng)等離子耦合深刻蝕技術(shù)，刻蝕芯片圖形外的絕緣層和襯底層，直至SOI埋氧層結(jié)束；以及

操作S6：進(jìn)行濕法腐蝕工藝對SOI底面硅進(jìn)行溶解、腐蝕，之后使用超聲清洗技術(shù)，加速芯片從整塊SOI脫離，獲得獨立的單細(xì)胞水平腦功能定位的微納電極陣列芯片。

10.一種權(quán)利要求1至8任意一種所述的單細(xì)胞水平腦功能定位的微納電極陣列芯片的使用方法，包括：

操作Q1：將所述單細(xì)胞水平腦功能定位的微納電極陣列芯片置入丘腦腹后外側(cè)核(VPL)，并將其作為目標(biāo)靶區(qū)；

操作Q2：通過所述檢測位點接受大腦皮質(zhì)初級軀體感覺皮質(zhì)區(qū)(S1Tr)、皮層外囊(ec)、側(cè)腦室(LV)、海馬傘(fi)和丘腦網(wǎng)狀核(Rt)的所述神經(jīng)電生理信號和所述神經(jīng)電化學(xué)信號；以及

操作Q3：所述的單細(xì)胞水平腦功能定位的微納電極陣列芯片將所述神經(jīng)電生理信號和所述神經(jīng)電化學(xué)信號傳遞給后端采集儀器，使用主成分分析、K均值、希爾伯特變換、聚類分析的神經(jīng)信號處理算法，對各腦區(qū)的神經(jīng)電生理信號的發(fā)放模式和神經(jīng)電化學(xué)信號的濃度特征進(jìn)行分類，最終實現(xiàn)丘腦腹后外側(cè)核的精準(zhǔn)功能定位。