26、体内记录用多电极和多晶体管阵列技术解析

体内记录用多电极和多晶体管阵列技术解析

1. 电极插入问题与解决方案

在进行电极插入操作时，缓慢的机械插入可能会损伤血管，导致颅内出血和皮质水肿。而由于大脑是一种粘弹性材料，如果以非常高的速度插入电极，它的表现会更加坚硬。基于这一概念，已经开发出一种手术器械，该器械能够以气动方式在约200微秒内插入探头，从而避免上述问题。

2. MTA探针的记录与刺激

2.1 技术起源

使用晶体管而非金属电极作为记录生物电化学信号的传感元件的想法可以追溯到20世纪70年代，当时离子敏感场效应晶体管（ISFETs）首次被引入。这一概念依赖于对标准MOSFET的改进，其中栅极金属被绝缘氧化物取代，以与生物环境中的电解质实际接触，从而形成电解质 - 氧化物 - 半导体场效应晶体管（EOSFET）结构。

2.2 实验进展

最初，使用ISFETs进行记录主要集中在测量溶液中离子浓度的变化（如H⁺和Na⁺）。后来，Fromherz及其同事提供了首个实验证据，证明EOSFET可以测量由神经元放电产生的细胞外电位瞬变。他们使用了来自医用水蛭的大型Retzius细胞，将其放置在带有集成平面多EOSFET阵列（MTA）的硅芯片上进行了这项开创性工作。

2.3 后续优化

在随后的实验中，该方法进一步优化，用于记录离散的哺乳动物神经元和脑切片。为了实现半导体 - 神经元的双向接口，开发了用于刺激的EOSFET对应物——电解质 - 氧化物 - 半导体电容器（EOSC）。该设备与EOSFET一样，在半导体硅和电解质之间建立了电容性（非法拉第）电耦合，能够通过神经元培养物和脑切片中的位移电流刺激神经元。最近，借