[发明专利]模拟失重大鼠的植入式微纳电极阵列芯片及其制备方法

说明书

一种植入式微纳电极阵列芯片及其制备方法，该芯片包括硅针基底、微电极阵列、对电极、电化学参比电极和电生理参比电极；其中，硅针基底分布于所述芯片前端的植入部分与后端的接口部分；在每根硅针尖端上表面分布多个微电极，所述多个微电极构成微电极阵列；在单根硅针或者多根不同硅针上面靠近所述微电极阵列的位置处设置有对电极、电化学参比电极和电生理参比电极。本发明微电机阵列硅针长度依次递减，4根硅针上面分布4组微电极阵列，用于同时检测大脑皮层、海马区与丘脑区的电生理信号，避免多次植入损伤，能长时间连续检测。

技术领域

本发明涉及生物传感器的微机电系统(MEMS)微加工的技术领域，是一种模拟失重大鼠的植入式微纳电极阵列芯片及其制备方法。

背景技术

长期航天飞行任务中航天员会处在连续的失重环境，机体长时间处于应激状态，会诱发认知功能降低等神经精神系统问题。中国航天员在太空舱内工作时，出现了严重的失眠问题。因此，为确保航天员在轨健康与高效工作，需进一步阐释航天特殊环境因素对神经功能尤其是睡眠问题的影响机制。采用30°尾悬吊大鼠来模拟失重环境效应，研究21到28天尾悬吊模拟失重环境对于大鼠睡眠的影响，以期部分阐释微重力导致睡眠障碍的作用机制，为航天医学防护提供理论指导。

基于微机电系统(MEMS)技术制备的微电极阵列为神经信息的检测和记录提供了一种有效的高信噪比、多通道的检测器件，是研究神经科学、神经网络发育、神经信息编码、传导、响应和存储的机制研究、神经性疾病的治疗研究以及高通量药物筛选和安全药理学研究领域中的重要工具。将电极植入正常大鼠和失重模型大鼠中，配套活体微创电生理检测与刺激专用分析处理工具和软件，探究失重环境影响睡眠的作用机理。此发明将为航天员在轨工作时失眠问题研究提供检测的新手段新工具，并对其预防、诊断和治疗具有非常重要的科学意义和应用价值。

在神经科学研究与临床实验中，动物在体神经电生理信号的记录发挥着不可或缺的作用。相对于离体检测来说，在体记录更能反映神经系统对机体的直接作用。

二十世纪五十年代，David H.Hubel便开始使用绝缘的金属钨丝进行单神经元记录，这种钨丝电极带有绝缘层，尖端直径仅为几微米。绝缘钨丝一直都是有效的微丝电极制备材料，近期金、铂等生物相容性好的金属也被应用于电极上，微丝电极可为单通道或多通道。随着MEMS技术的发展，基于硅材料的二维、三维结构微电极探针阵列被开发出来。其中主要有两大类，一类是美国犹他大学研制的针形微电极阵列，这类电极以整块单晶硅为材料呈现方形电极针阵列，尖端镀有金属层，采用聚酰亚胺涂层绝缘，其电极受形貌和尺寸的限制，多用于对大脑皮层区或者较浅表面部位的神经电生理信息检测，对于脑深部测量有局限。

另外一类应用广泛的，为线性微电极阵列(Linear silicon electrode array，LSEA)，其研制的微电极阵列呈现平面硅针结构，通过在硅片上刻蚀形成所需的平面针形，强度不如Utah电极，但对脑部损伤小，可分析较深部位的神经信息。

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种模拟失重大鼠的植入式微纳电极阵列芯片及其制备方法，以期至少部分地解决上述技术问题中的至少之一。

为了实现上述目的，作为本发明的一方面，提供了一种模拟失重大鼠的植入式微纳电极阵列芯片，包括：硅针基底、微电极阵列、对电极、电化学参比电极和电生理参比电极；

其中，硅针基底分布于所述芯片前端的植入部分与后端的接口部分；在每根硅针尖端上表面分布多个微电极，所述多个微电极构成微电极阵列；在单根硅针或者多根不同硅针上面靠近所述微电极阵列的位置处设置有对电极、电化学参比电极和电生理参比电极。

其中，所述硅针基底是整个微纳电极阵列芯片的载体，呈薄片状。

其中，所述微电极阵列中的微电极为圆形微电极，直径为20±5μm，用于神经电生理信号、神经递质化学信号的双模检测。