[发明专利]一种解码大脑活动的针状高密度电极阵列的制备方法

说明书

本发明公开了一种解码大脑活动的针状高密度电极阵列的制备方法，属于高密度电极阵列制备技术领域，首先通过Cadence软件设计需要的电极连线和电极记录位点，采用标准的0.18μm CMOS流片工艺，制备出有高密度电极阵列的硅基片，然后利用碳化硅粉末将基片进行减薄，然后用抛光液对基片进行抛光处理提高基片表面质量，最后通过程序控制扫描振镜的方式来控制飞秒激光的运动轨迹，在基片上图案化切割出具有生物安全性、稳定性并且边缘光滑的针状高密度电极阵列，便于在植入脑内过程中不损伤神经纤维，实现对神经元活动信号高精度的采集。

技术领域

本发明属于高密度电极阵列制备技术领域，具体涉及一种解码大脑活动的针状高密度电极阵列的制备方法。

背景技术

大脑是一个约860亿神经元构成的超复杂神经网络，是生物体内结构和功能最复杂的组织。大脑对于外界事件的响应及信息处理的过程，都需要涉及许多神经细胞的共同作用。神经元是大脑的基本单位及基本功能单位，在神经元被激活时，其膜电位会发生快速的特征性变化，称为峰电位。因此要研究大脑的复杂机制过程并解码大脑信息编码原理，必须获得大脑中足够数目神经元的峰电位。然而，要获得每一个神经元工作过程中的峰电位是不可能的。因此，人们通过采用一些新技术来尽可能多的同时观察获取单个神经元的峰电位。例如：功能磁共振成像、脑电图技术、双光子钙成像技术以及多通道在体记录技术等，但是这些技术都存在自身的弊端。功能磁共振成像以及脑电图技术无法分辨单个神经元峰电位，双光子钙成像技术无法获取神经元的高频放电活动，而多通道在体记录技术在电极植入脑内的过程中，会对神经元带来了一定的损伤性。近年来，多记录点高密度电极阵列技术的迅速发展使这些问题得到较好的解决，由于这种电极阵列具有体积小、性能稳定可靠、记录点多等优点，并在植入大脑组织过程中不损伤神经元，同时可以在二维中同时检测多达上百个记录点的场电位和神经细胞的Unit电位。由于这些优点，这种高密度电极阵列会成为探索大脑信息编码原理的最有力工具。

高密度电极阵列需要植入大脑组织并实现对神经元活动信号长期有效的采集记录，因而生物安全性，稳定性以及植入手术的易操作性是高密度电极阵列需要具备的，也是衡量电极阵列好坏的关键指标。因此，高密度电极阵列的制备方法显得尤为重要，需要满足以下几点。首先要符合制作工艺条件，高密度电极阵列需要在很小的面积内安放较多的记录点，主流的工艺有 CMOS工艺和MEMS工艺，为实现多通道布线采用CMOS工艺制作，而且长期性能可靠，均一性好。同时也需要考虑在植入大脑组织过程中不损伤神经元，因而高密度电极阵列的边缘需要平滑并且横向尺寸较小。传统的图案化制备高密度电极阵列的方法有深硅刻蚀法以及划片法。然而对于基于CMOS流程工艺制备出的基片，由于其存在诸多金属阱，利用深硅刻蚀法将无法对其进行较好的刻蚀。同时高密度电极阵列的横向尺寸较小，用划片法很难对切割方向有较好的控制而且其切割精度无法达到要求。飞秒激光具有持续时间短、峰值功率高的特点，因此飞秒激光切割时能量扩散深度以及热效应较小，切割精度高、切割速度快并且切割边缘整齐。并且飞秒激光切割属于非接触式切割，可克服材料硬度大、脆性大带来的切割困难，同时可实现图案化切割。因此采用飞秒激光在基片上切割出用于采集神经元活动信号的针状高密度电极阵列。

发明内容

为了克服现有技术中存在的上述缺陷，本发明提供了一种解码大脑活动的针状高密度电极阵列的制备方法，首先通过Cadence软件设计需要的电极连线和电极记录位点，采用标准的 0.18μm CMOS流片工艺，制备出有高密度电极阵列的硅基片，然后将基片减薄抛光，最后利用飞秒激光在基片上切割出用于采集神经元活动信号的针状高密度电极阵列，制备出的高密度电极阵列满足生物安全性、稳定性的同时边缘平滑，便于在植入脑内过程中不损伤神经纤维，实现对神经元活动信号高精度的采集。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种解码大脑活动的针状高密度电极阵列的制备方法，具体步骤如下：

（1）、硅基片的预处理过程；