微電子神經(jīng)橋關(guān)鍵電路研究.pdf

1、神經(jīng)損傷與再生一直以來(lái)都是神經(jīng)科學(xué)研究中的一項(xiàng)重要課題。目前的研究表明，中樞神經(jīng)系統(tǒng)損傷后的恢復(fù)與再生極為困難。迄今為止，現(xiàn)有生物學(xué)和醫(yī)學(xué)方法恢復(fù)中樞神經(jīng)系統(tǒng)功能的效果很不理想。隨著微電子技術(shù)的飛速發(fā)展，利用微電子集成電路芯片橋接受損的中樞神經(jīng)為中樞神經(jīng)系統(tǒng)功能恢復(fù)提供了一個(gè)新途徑。由于神經(jīng)信號(hào)具有電學(xué)傳遞特性，在受損的中樞神經(jīng)中植入具有特定功能的微電子集成電路芯片，就可以達(dá)到恢復(fù)中樞神經(jīng)系統(tǒng)功能的目的。
　　 采用分立元件設(shè)計(jì)

2、的微電子神經(jīng)橋電路已成功應(yīng)用于動(dòng)物實(shí)驗(yàn)，在這個(gè)基礎(chǔ)上確定了微電子神經(jīng)橋關(guān)鍵電路芯片的設(shè)計(jì)指標(biāo)。采用CSMC0.5μmCMOS工藝設(shè)計(jì)了微電子神經(jīng)橋關(guān)鍵電路芯片。該電路用于橋接脊椎動(dòng)物的脊髓神經(jīng)和其它神經(jīng)束。該電路包括神經(jīng)電信號(hào)探測(cè)電路、信號(hào)放大電路、直流漂移補(bǔ)償電路和功能電激勵(lì)電路(FES)。設(shè)計(jì)了兩種高性能運(yùn)算放大器:低功耗低噪聲運(yùn)算放大器和恒跨導(dǎo)滿擺幅輸入輸出運(yùn)算放大器。根據(jù)神經(jīng)電信號(hào)的特點(diǎn)，該電路的頻率響應(yīng)帶寬設(shè)計(jì)為400Hz～4

3、kHz。該電路版圖面積為1023μm×842μm。該電路工作在±2.5V電源電壓下的功耗為4.57mW。
　　 芯片的電學(xué)測(cè)試結(jié)果與仿真結(jié)果一致。測(cè)試結(jié)果表明該芯片具有低頻微弱神經(jīng)電信號(hào)放大功能，有望用于動(dòng)物實(shí)驗(yàn)。
　　 用該芯片制作的再生模塊與卡膚電極、鉤狀電極一起，用于神經(jīng)電信號(hào)再生的活體動(dòng)物實(shí)驗(yàn)。再生模塊探測(cè)信源蟾蜍的動(dòng)作電位，并將該動(dòng)作電位進(jìn)行適當(dāng)放大，最終輸出到受控蟾蜍的坐骨神經(jīng)上。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明再生模塊在受控蟾