CMOS回路上のモノリシック3Dナノ電極アレイによるスケーラブル、高解像度神経記録

科学分野:

• 神経科学
• バイオエンジニアリング
• 材料科学

背景:

• 脳機能、神経変性疾患、創薬を理解するためには、高度な神経インターフェースが不可欠です。
• 既存の技術は、必要なナノスケールの感度と高解像度、大規模記録能力を欠いていることがよくあります。

研究 の 目的:

• モノリシックに統合された高密度ナノ電極アレイ（HD-NEA）を提示すること。
• 高忠実度神経記録の能力を実証すること。
• スケーラブルでCMOS互換のナノバイオインターフェースを可能にすること。

主な方法:

• 商用CMOS回路に統合された垂直ナノワイヤ電極を備えた高密度ナノ電極アレイ（HD-NEA）の製造。
• ナノ構造形成と回路統合を分離するために、低温（400°C未満）、ウェーハスケールの後処理戦略を利用しました。
• インビトロ皮質ニューロンとHD-NEAをインターフェースさせて神経記録を行いました。

主要な成果:

• HD-NEAは26,400個の電極で構成され、4インチウェーハ全体で高い収率と均一性を示しました。
• エレクトロポレーションなしで、平面マイクロ電極と比較して大幅に高いスパイク振幅と信号対雑音比を達成しました。
• 空間的信号減衰が急峻であり、推定される樹状突起信号を含む異なる波形形態を検出できる高解像度スパイクマッピングを可能にしました。

結論:

• 開発されたHD-NEAは、スケーラブルでCMOS互換のナノバイオインターフェースです。
• 神経科学研究、ブレイン・マシン・インターフェース、バイオエレクトロニック診断のための高忠実度神経記録を可能にします。
• この技術は、前臨床創薬開発と脳機能の理解を進歩させます。