微电子神经桥关键电路研究-论文-万方医学网

微电子神经桥关键电路研究

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摘要神经损伤与再生一直以来都是神经科学研究中的一项重要课题。目前的研究表明，中枢神经系统损伤后的恢复与再生极为困难。迄今为止，现有生物学和医学方法恢复中枢神经系统功能的效果很不理想。随着微电子技术的飞速发展，利用微电子集成电路芯片桥接受损的中枢神经为中枢神经系统功能恢复提供了一个新途径。由于神经信号具有电学传递特性，在受损的中枢神经中植入具有特定功能的微电子集成电路芯片，就可以达到恢复中枢神经系统功能的目的。<br>　　采用分立元件设计的微电子神经桥电路已成功应用于动物实验，在这个基础上确定了微电子神经桥关键电路芯片的设计指标。采用CSMC0.5μmCMOS工艺设计了微电子神经桥关键电路芯片。该电路用于桥接脊椎动物的脊髓神经和其它神经束。该电路包括神经电信号探测电路、信号放大电路、直流漂移补偿电路和功能电激励电路(FES)。设计了两种高性能运算放大器:低功耗低噪声运算放大器和恒跨导满摆幅输入输出运算放大器。根据神经电信号的特点，该电路的频率响应带宽设计为400Hz～4kHz。该电路版图面积为1023μm×842μm。该电路工作在±2.5V电源电压下的功耗为4.57mW。<br>　　芯片的电学测试结果与仿真结果一致。测试结果表明该芯片具有低频微弱神经电信号放大功能，有望用于动物实验。<br>　　用该芯片制作的再生模块与卡肤电极、钩状电极一起，用于神经电信号再生的活体动物实验。再生模块探测信源蟾蜍的动作电位，并将该动作电位进行适当放大，最终输出到受控蟾蜍的坐骨神经上。实验结果表明再生模块在受控蟾蜍体上成功再生了动作电位。该芯片能够实现神经信号的正常传递，达到了桥接受损中枢神经的目的。