具有温度调控和温度测量功能的神经微电极及制备方法

本公开涉及微机电系统生物传感器，具体涉及一种具有温度调控和温度测量功能的神经微电极及制备方法。

背景技术：

1、神经元电信号是脑活动最根本的信息传导和处理方式，通过记录神经元电信号可以了解大脑中实时的生理状态，神经微电极可以记录脑区的动作电位，对大量神经元进行长期、多目标的检测，是研究神经元活动的主要工具。

2、了解神经元网络的因果关系以及神经元活动模式、大脑功能和行为之间的关系对于阐明大脑的内部运作非常重要。通过使用电、光遗传学和/或药理学刺激以及同时进行电生理记录可以对功能获得和功能丧失的神经回路进行研究，这推动了多功能神经探针的发展。具体地，可以将刺激电极、发光二极管(led)和光纤整合到现有的神经记录探针架构中。例如公开号为cn114520070a提供的一种神经电刺激电极及其制备方法，通过电刺激及同步记录相对应的神经元活动来分析脑认知因果关系；公开号为cn111613700a提供了一种用于光遗传刺激和电生理记录的光电极及其制备方法，在单片电极中集成了led，并加入金属屏蔽层降低led供电线对记录信号的影响，利用光遗传技术实现对特定目标神经元的精确调控，研究神经环路及系统。

3、由于温度也是神经元功能和突触整合的重要影响因素，每个神经元都有许多不同种类的离子通道。其中，每个神经元对电导、激活和失活的温度依赖性不同，微小的温度变化也会干扰生物参数的平衡，例如离子通道动力学、最大电导和ca2+缓冲器等。但是，目前相关技术中缺乏可以实现温度控制的神经微电极。

技术实现思路

1、鉴于上述问题，本公开提供了一种具有温度调控和温度测量功能的神经微电极及制备方法。

2、根据本公开的第一个方面，提供了一种具有温度调控和温度测量功能的神经微电极，包括：

3、基底，包括探测区域；

4、微流体通道，设置于基底内部且与探测区域具有重叠部分，微流体通道用于传输多种温度液体，对探测区域进行温度控制；

5、微电极阵列，设置于基底上且与探测区域具有重叠部分，微电极阵列用于测量探测区域的电信号；

6、温度测量元件，设置于基底上且与探测区域具有重叠部分，温度测量元件用于测量探测区域的温度；

7、绝缘层，设置于微电极阵列和温度测量元件上，覆盖微电极阵列和温度测量元件。

8、根据本公开的实施例，其中，基底还包括非探测区域，微流体通道的进液口和出液口设置于非探测区域，进液口用于循环输入液体，出液口用于循环输出液体。

9、根据本公开的实施例，该神经微电极还包括：

10、衬底，设置于基底上，且不与微流体通道接触；

11、微电极阵列和温度测量元件设置于衬底和绝缘层之间，且微电极阵列和温度测量元件设置于衬底上的同一层。

12、根据本公开的实施例，其中，温度测量元件设置于微电极阵列的外侧，且微电极阵列的外侧与温度测量元件的内侧间隔预设距离。

13、根据本公开的实施例，温度测量元件包括测温电阻，用于测量探测区域末端的温度。

14、根据本公开的实施例，其中，测温电阻的材质包括电阻率随温度稳定变化的金属。

15、根据本公开的实施例，液体的温度范围为0℃至60℃。

16、根据本公开的实施例，根据权利要求1的神经微电极，其中，探测区域中设置有探针，探针的基底材质为硅。

17、本公开的第二方面提供了一种具有温度调控和温度测量功能的神经微电极的制备方法，包括：

18、在对基底进行热氧化之后，刻蚀出预设尺寸的沟槽；

19、在沟槽的底部刻蚀出微流体通道，得到包括微流体通道的基底，微流体通道的宽度大于沟槽的宽度；

20、利用低压化学气相沉积，在包括微流体通道的基底上沉积预设厚度的多晶硅，得到密封微流体通道的基底，多晶硅位于微流体通道上方；

21、在密封微流体通道的基底上生长衬底；

22、在衬底上沉积微电极阵列，得到包括微电极阵列的基底；

23、在衬底上沉积温度测量元件；

24、在温度测量元件、微电极阵列上沉积绝缘层，得到待刻蚀的神经微电极；

25、从绝缘层的方向刻蚀待刻蚀的神经微电极，得到待刻蚀的神经微电极的正面结构；

26、从基底的方向刻蚀待刻蚀的神经微电极，得到待刻蚀的神经微电极的背面结构。

27、本公开的第三方面提供了一种具有温度调控和温度测量功能的神经微电极的制备方法，包括：

28、利用光刻胶在基底上刻蚀出预设尺寸的沟槽；

29、在沟槽的底部刻蚀出微流体通道，得到包括微流体通道的基底；

30、将与基底材质相同的第二片基底从微流体通道的方向与包括微流体通道的基底进行晶圆键合，并利用化学机械抛光工艺对第二片基底进行减薄，得到密封微流体通道的基底；

31、在密封微流体通道的基底上生长衬底；

32、在衬底上沉积微电极阵列，得到包括微电极阵列的基底；

33、在衬底上沉积温度测量元件；

34、在温度测量元件、微电极阵列上沉积绝缘层，得到待刻蚀的神经微电极；

35、从绝缘层的方向刻蚀待刻蚀的神经微电极，得到待刻蚀的神经微电极的正面结构；

36、从基底的方向刻蚀待刻蚀的神经微电极，得到待刻蚀的神经微电极的背面结构。

37、本公开提供的一种具有温度调控和温度测量功能的神经微电极，通过向微流体通道通入不同温度液体实现对微电极的针尖部分的温度改变，从测量器件本身，实现了对神经元电信号记录的同时，改变并测量探测区域的神经元温度，从而研究温度对神经系统的影响。本公开提供的神经微电极仅需神经微电极一个器件即可研究温度对神经系统的影响，有助于简化研究温度对神经系统影响的流程，排除其他因素对神经系统的影响。

技术特征：

1.一种具有温度调控和温度测量功能的神经微电极，包括：

2.根据权利要求1所述的神经微电极，其中，所述基底还包括非探测区域，所述微流体通道的进液口和出液口设置于所述非探测区域，所述进液口用于循环输入液体，所述出液口用于循环输出液体。

3.根据权利要求1所述的神经微电极，还包括：

4.根据权利要求3所述的神经微电极，其中，所述温度测量元件设置于所述微电极阵列的外侧，且所述微电极阵列的外侧与所述温度测量元件的内侧间隔预设距离。

5.根据权利要求1所述的神经微电极，所述温度测量元件包括测温电阻，用于测量所述探测区域末端的温度。

6.根据权利要求5所述的神经微电极，其中，所述测温电阻的材质包括电阻率随温度稳定变化的金属。

7.根据权利要求1所述的神经微电极，其中，所述液体的温度范围为0℃至60℃。

8.根据权利要求1所述的神经微电极，其中，所述探测区域中设置有探针，所述探针的基底材质为硅。

9.一种具有温度调控和温度测量功能的神经微电极的制备方法，包括：

10.一种具有温度调控和温度测量功能的神经微电极的制备方法，包括：

技术总结
本公开提供了一种具有温度调控和温度测量功能的神经微电极，可以应用于微机电系统生物传感器技术领域。该神经微电极包括：基底，包括探测区域；微流体通道，设置于基底内部且与探测区域具有重叠部分，微流体通道用于传输液体；微电极阵列，设置于基底上且与探测区域具有重叠部分，微电极阵列用于测量探测区域的电信号；温度测量元件，设置于基底上且与探测区域具有重叠部分，温度测量元件用于测量探测区域的温度；绝缘层，设置于微电极阵列和温度测量元件上，覆盖微电极阵列和温度测量元件。本公开将温度调控与温度测量功能与微电极集成一体，实现了对神经元进行温度控制的同时进行神经元电信号的记录，并实现实时测量神经元的温度。

技术研发人员：许磊,阳雨杰,耿亮
受保护的技术使用者：中国科学技术大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12