[發(fā)明專利]三維精準(zhǔn)電刺激誘導(dǎo)休眠的神經(jīng)信息檢測(cè)雙面微電極陣列

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202310508489.2
• 申請(qǐng)日: 2023-05-08
• 公開（公告）號(hào): CN116459444A
• 公開（公告）日: 2023-07-21
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 賈千里;蔡新霞;王蜜霞;宋軼琳;莫凡;胡瑞琳;景露易
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)院空天信息創(chuàng)新研究院
• 主分類號(hào): A61N1/05
• 分類號(hào): A61N1/05;A61N1/36;A61B5/294;A61B5/388;A61M21/02
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責(zé)任公司 11251
• 代理人: 金怡

本發(fā)明公開一種三維精準(zhǔn)電刺激誘導(dǎo)休眠的神經(jīng)信息檢測(cè)雙面微電極陣列，包括：雙面的電生理檢測(cè)位點(diǎn)、電屏蔽位點(diǎn)、電刺激位點(diǎn)、電生理導(dǎo)線、電刺激導(dǎo)線、焊盤位點(diǎn)、焊盤導(dǎo)線和基底；電生理檢測(cè)位點(diǎn)在電刺激位點(diǎn)和電屏蔽位點(diǎn)之間；焊盤導(dǎo)線與電生理導(dǎo)線和電刺激導(dǎo)線相連；電生理檢測(cè)位點(diǎn)、電屏蔽位點(diǎn)、電刺激位點(diǎn)、電生理導(dǎo)線、電刺激導(dǎo)線、焊盤位點(diǎn)和焊盤導(dǎo)線均在基底上；正反面電極的排布鏡像相同；該電極陣列能同步探測(cè)電刺激誘導(dǎo)休眠下的神經(jīng)細(xì)胞電生理信號(hào)，電屏蔽點(diǎn)使電刺激的范圍控制在檢測(cè)位點(diǎn)附近，電生理檢測(cè)點(diǎn)阻抗低，電刺激點(diǎn)可承受高電壓和高電流，電刺激范圍可控且貼合腦區(qū)三維形狀，適合對(duì)動(dòng)物的神經(jīng)細(xì)胞進(jìn)行電生理檢測(cè)和電刺激。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及神經(jīng)信號(hào)探測(cè)和神經(jīng)元電刺激領(lǐng)域，特別是涉及一種三維精準(zhǔn)電刺激誘導(dǎo)休眠的神經(jīng)信息檢測(cè)雙面微電極陣列。

背景技術(shù)

當(dāng)受到食物剝奪或惡劣環(huán)境條件的挑戰(zhàn)時(shí)，許多哺乳動(dòng)物會(huì)啟動(dòng)適應(yīng)性的能量保存生存策略：休眠。在此期間，它們的代謝率和體溫大大降低到穩(wěn)態(tài)設(shè)定值以下，以此來(lái)抑制細(xì)胞死亡，緩解代謝過程，以限制組織衰老。為了研究哺乳動(dòng)物如何從清醒狀態(tài)過渡到休眠狀態(tài)，我們需要對(duì)休眠腦區(qū)進(jìn)行精準(zhǔn)刺激的工具，這種工具首先能檢測(cè)到與休眠相關(guān)的細(xì)胞，并能對(duì)檢測(cè)到的細(xì)胞進(jìn)行原位電刺激。腦電刺激是一種電刺激形式，目前存在的腦電刺激主要有：顱電療法刺激、深部腦刺激、經(jīng)顱直流電刺激、電休克療法、低場(chǎng)磁刺激、功能性電刺激、磁發(fā)作療法、迷走神經(jīng)刺激、深經(jīng)顱磁刺激、反應(yīng)性神經(jīng)刺激。這些刺激方法使用毫米和厘米級(jí)別的電極對(duì)大腦進(jìn)行刺激，這種電極尺寸遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于腦核團(tuán)本身，無(wú)法對(duì)專門的靶向腦區(qū)進(jìn)行刺激，對(duì)刺激造成的影響也很難評(píng)估，無(wú)法滿足刺激單一功能性核團(tuán)的精準(zhǔn)刺激需求。

目前常用的探索清醒-休眠轉(zhuǎn)換的技術(shù)是化學(xué)遺傳學(xué)以及光遺傳學(xué)。化學(xué)遺傳學(xué)利用遺傳學(xué)原理，以化學(xué)小分子為工具調(diào)節(jié)生理過程，但化學(xué)遺傳學(xué)需要對(duì)受體及藥物進(jìn)行設(shè)計(jì)與改造以此來(lái)特異激活受體，操作繁瑣。光遺傳學(xué)是一種用光控制神經(jīng)元或其他細(xì)胞類型活動(dòng)的技術(shù)，該技術(shù)通過在靶細(xì)胞中特異性表達(dá)光敏例子通道、泵或酶。在單個(gè)細(xì)胞水平上，光激活酶和轉(zhuǎn)錄因子可以精確控制生化信號(hào)通路。雖然，光遺傳學(xué)可以提供毫秒級(jí)的時(shí)間精度，但光遺傳學(xué)需要結(jié)合特定的腺病毒發(fā)揮作用，對(duì)實(shí)驗(yàn)被試造成不可逆的損傷。同時(shí)，光遺傳學(xué)所需要的硬件(集成的光纖和固態(tài)光源等)也越來(lái)越小，甚至可以做到非侵入式，但是仍然有很多技術(shù)問題尚未解決，如：微生物視蛋白基因表達(dá)水平不同、和細(xì)胞的電活動(dòng)的相關(guān)性不明確、視蛋白激活和基因編碼指標(biāo)結(jié)合困難、空間相應(yīng)的延遲和不可控等現(xiàn)有的神經(jīng)刺激電極多采用立體結(jié)構(gòu)，其導(dǎo)電絲、絕緣絲體積大，對(duì)腦組織損傷很大，無(wú)法實(shí)現(xiàn)電生理檢測(cè)和刺激的同步進(jìn)行，而且無(wú)法識(shí)別特定空間導(dǎo)航細(xì)胞，更無(wú)法對(duì)特定細(xì)胞精準(zhǔn)刺激。

現(xiàn)有的電刺激電極可實(shí)現(xiàn)原位檢測(cè)與刺激，大多采用立體結(jié)構(gòu)，但其導(dǎo)電絲、絕緣絲體積大，對(duì)腦組織損傷很大，無(wú)法實(shí)現(xiàn)電生理檢測(cè)和刺激的同步進(jìn)行，識(shí)別特定休眠細(xì)胞，并且無(wú)法對(duì)特定核團(tuán)進(jìn)行精準(zhǔn)靶控。同時(shí)，電刺激電極所形成的調(diào)控電場(chǎng)一般為由近及遠(yuǎn)越來(lái)越小的形式，無(wú)法對(duì)特定核團(tuán)進(jìn)行有效的電調(diào)控。

所以，目前缺少一種能夠?qū)Υ竽X中特定功能核團(tuán)進(jìn)行檢測(cè)，同時(shí)進(jìn)行原位精準(zhǔn)、作用明顯的電刺激工具。

發(fā)明內(nèi)容

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提出一種三維精準(zhǔn)電刺激誘導(dǎo)休眠的神經(jīng)信息檢測(cè)雙面微電極陣列，進(jìn)行電刺激誘導(dǎo)休眠下的神經(jīng)細(xì)胞電生理信號(hào)同步探測(cè)，電屏蔽位點(diǎn)使電刺激的范圍控制在檢測(cè)位點(diǎn)附近，電生理檢測(cè)位點(diǎn)阻抗低，電刺激位點(diǎn)可承受電壓和電流高，電刺激范圍可控且貼合腦區(qū)三維形狀，對(duì)腦組織損傷小，適合對(duì)動(dòng)物的神經(jīng)細(xì)胞進(jìn)行電生理檢測(cè)和電刺激。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：