[发明专利]一种基于系统级集成工艺的全植入脑机接口及制作方法

说明书

本发明公开了一种基于系统级集成工艺的全植入脑机接口及制作方法，现有SoC方案全植入脑机接口系统通常具有低的无线通信速率，低神经信号采样率以及低刺激电流；严重制约了全植入脑机接口系统在神经科学、生物医疗等方面的应用；本发明采用系统级集成工艺，将专用脑机接口ASIC芯片与无线供电和无线通信芯片以及SMD器件进行微型化异构集成，实现了功能完备的全植入脑机接口系统结构，通过将体内植入部分无线供电接收线圈采用厚金属层沉积，实现了相比SoC集成方案品质因数更高的集成电感，作为无线供电的接收线圈，提高了植入式设备的无线供电接收效率；最终实现了微型化高性能的全植入脑机接口系统，使得全植入脑机接口可应用于具体的神经科学研究之中。

技术领域

本发明涉及植入式脑机接口领域，特别是涉及一种基于系统级集成工艺的全植入脑机接口及制作方法。

背景技术

脑机接口作为连接目标大脑与外部设备的通路，是神经科学研究的重要手段。目前对于神经研究包括跨越不同的时间和空间尺度的记录和刺激技术，如多光子钙成像和光遗传学，该种技术已被证明具有强大的解码功能神经连接能力，但是相比较与基于电神经接口的脑机接口，现有的记录和刺激技术的分辨率较低。基于电神经接口的脑机接口具有无可比拟的超高分辨率，可以记录个体的动作电位。利用脑机接口进行长期的、连续的动作电位，即神经型号的记录，将有助于研究损伤、记忆、学习、变性等神经活动模式的变化。

现有的印刷电路板组装(PCBA)神经接口通常尺寸大、功耗高，常用于灵长类研究，但是对于体型较小的生物，比如大鼠，难以自由携带。尽管许多基于PCB工艺的低成本小型化神经脑机接口设备已经出现，但体积最小的也15×15×12mm³，相对于大鼠等神经科学研究中广泛使用的动物来说，体积过于庞大。

为了解决体积限制的问题，近年来，出现了采用SoC集成方案的全植入脑机接口，并取得了重大进展，实现了小型化、高通道数、全植入与多模态集成。然而，现有的植入集成电路受面积限制，使得单片集成电路无法集成大面积的电容，从而限制了电刺激的功率。并且传统集成电路工艺不能刻蚀厚的金属层，使得片上电感的品质因数较低，限制了磁耦合无线供电的效率。低供电效率限制了SoC方案全植入脑机接口的功能，使得现有片上系统(SoC)方案全植入脑机接口系统通常具有低的无线通信速率，低神经信号采样率以及低刺激电流。严重制约了全植入脑机接口系统在神经科学、生物医疗等方面的应用。因此需要一种基于系统级集成工艺的高品质全植入脑机接口系统。

发明内容

本发明的目的是解决现有技术的不足，提供一种基于系统级集成工艺的全植入脑机接口及制作方法。

为了解决上述问题，本发明采用如下技术方案：

一种基于系统级集成工艺的全植入脑机接口，包括体外基站部分以及体内植入部分；其中体外基站部分与体内植入部分连接；

所述体外基站部分包括无线供电系统U1、无线供电发射线圈L_TX、谐振匹配电容C_TX、无线通信系统U2、板载天线L1；无线供电发射线圈L_TX以及谐振匹配电容C_TX串联后与无线供电系统U1连接；无线通信系统U2与板载天线L1连接，板载天线L1采用高增益天线；

所述体内植入部分包括无线供电与通信芯片U3、无线能量接收线圈L_RX、匹配电容C_RX、微型陶瓷天线L2、专用脑机接口芯片U4、电极阵列U5；无线能量接收线圈L_RX与匹配电容C_RX串联后与无线供电与通信芯片U3连接；无线供电与通信芯片U3还分别与微型陶瓷天线L2以及专用脑机接口芯片U4相连接；专用脑机接口芯片U4还与电极阵列U5连接，电极阵列U5用于连接生物体神经组织；