再见大型神经探头：用超大针技术改变电生理方法

计算机科学与工程系，应用化学与生命科学系电气和电子信息工程系的研究团队，以及东岛理工大学的电子风格跨学科研究所（EIIRIS）和国家研究所技术，茨城学院开发了一种带有放大器的3微米直径的超小针电极，用于细胞外记录。该团队通过称为堆叠的单个针电极顶部放大器封装，在约1×1mm的设备几何形状内提出了一个组装技术²。

堆栈设备使得在体内从鼠标大脑记录具有高信噪比（SNR）的神经元活动。由于与传统电极相比，小针几何形状的显着优点，堆叠装置提供高生物相容性，并且在记录期间，以及进一步的长期和安全的慢性记录在电生理学中的下一代电极技术期间提供了高生物相容性和最小化的组织损坏。

微针电极器件已被用作理解大脑如何运作的强大手段。然而，针的几何形状应该在生物相容性和慢性施用方面进一步小型化，以避免软组织挫伤：（i）大约50μm的几何体增强了血脑屏障突破;（ii）>20μm导致峡谷之间的局部通信的分布;（iii）<10μm不会产生重大的创伤组织损伤。尽管微/纳米制造技术中的优点使得形成大约10μm的针电极，但是较小的针电极导致电性能降低，使得不可能记录神经元信号。

研究团队通过使用装配技术克服了这些限制，其中具有<3微米直径的针电极的模块堆叠在放大器模块上，称为单个针顶放大器封装（堆叠）装置。

“为了改善具有小于10μm直径小于10μm的微观硅 - 针电极的电性能，我们已经提出了对针头尖端的额外沉积过程，并展示了来自7μm的大鼠的神经元记录直径针和直径为5μm直径针的小鼠。然而，沉积工艺增强针尺寸，限制针的小型化。为了解决这一挑战，我们使用了不同的方法，其中在结束时嵌入了一个小放大器一个小针电极。我们确认了神经元记录中的放大效果，因为用放大器检测到神经元信号，但没有检测到没有信号。该结果导致我们进一步针对小型化，“解释了文章的第一个作者，硕士学生Yuto Kita。

研究团队的领导者，副教授Takeshi Kawano表示，“在这个设备概念之前，我们首先尝试了另一种制造方法，其中硅针电极与相同硅衬底上的放大器集成。但是，制造技术确实如此由于在（1×1） - 硅基衬底上的高温硅生长（蒸汽 - 液体 - 固体生长）和MOSFET上的高温硅生长（蒸汽 - 液体固体生长）和MOSFET上的硅针之间的过程不匹配。设备包装在本手稿中报告的技术首先出现在我们的每周小组会议上，我与学生和博士后会员讨论过。后来，我们命名为设备技术堆栈，这成为我们的项目代码追求它。

“虽然我们使用单个通道电极证明了器件技术，但是使用相同的技术可以增加电极数。因为放大器嵌入较少约500倍电极阻抗（1 kHz的>5mΩ），针几何学可以进一步小型化，可能是纳米尺度，这将开启一类新的电生理学。“

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