低功率完全集成的256通道纳米线电极在芯片上的神经接口用于细胞内电生理学

科学领域:

• 神经科学是一个神经科学.
• 集成电路 集成电路
• 生物物理学的生物物理.

背景情况:

• 细胞内电生理学对细胞神经科学至关重要,但受到补丁方法的复杂性和低吞吐量限制.
• 技术障碍阻碍了实现可扩展的多通道神经记录.
• 需要高通量,可靠的系统进行体外神经活动分析.

研究的目的:

• 开发一个可扩展的,高通量集成电路用于体外细胞内电生理学.
• 通过芯片系统解决方案实现神经活动的同时记录和刺激.
• 克服神经研究中传统补丁技术的局限性.

主要方法:

• 在180nm CMOS中制造的微功率集成电路 (电子生理系统芯片,eSoC) 的引入.
• 整合了四个 8x8 阵列的纳米电线电极 (共 256 个通道) 的 50 μm 距离.
• 实现包括信号放大,采集,控制和直接电极接口在内的基本功能.

主要成果:

• eSoC的尺寸为2.236mm x 2.236mm,功耗低 (0.47微瓦/通道).
• 每个通道在25kHz采样速率下提供80dB可调动动态范围,支持电流刺激和电压记录.
• 实验验证证明了在培养神经元中化学诱导的多单元细胞内电活动的准确分辨率.

结论:

• 开发的eSoC为体外细胞内电生理学提供了可扩展和高通量解决方案.
• 这种系统芯片技术促进了先进的神经记录和刺激,解决了现有方法的局限性.
• 通过增强的神经活动分析,eSoC显示了推动细胞神经科学研究的前景.