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随着纳米技术、微系统及机械加工技术、微电子技术的发展,人们开始将MEMS技术引入到神经工程领域,通过微加工工艺制作尺寸与神经细胞相当的微电极,其具有体积小、质量轻、功耗低、可批量生产和可集成化等优点,现已在心脏起搏、疼痛抑制、运动、听觉和视觉功能修复等方面得到广泛应用。
微电极阵列发展始于60多年前,1952年,Hinke研制成功以玻璃为活性材料的钾离子选择性微电极。1980年Pine等人首次报道从分离培养的神经元记录到神经信号。该研究同时呈现了细胞内和细胞外神经元活动的记录,从而证明了微电极阵列可用于神经信号的记录,是该领域里程碑性的工作。从此,世界各地研究团队开始着手设计不同类型的微电极阵列,并将之应用到不同类型的神经元电活动研究。
得益于微电极的发展,神经科学以及相关的工程研究已成为生命科学的热点领域,特别是脑-机接口和神经假体等。在脑-机接口的研究中,美国Duke大学的Nicolelis研究小组通过在大白鼠脑内植入微丝电极阵列,使其能控制简单的机械臂。Hochbeng等将电极植入一个瘫痪病人运动皮质区,成功地实现了对假肢、机械臂的基本动作的操控。在神经假体中,一个成功应用的神经假体装置使人工耳蜗,通过植入体内的人工耳蜗,将外界声音信号编码化为电信号,通过点击刺激耳蜗神经细胞,能够部分地修复听觉。
随着微电子加工技术和微加工能力的进步,人们开始将MEMS技术引入到神经工程领域以克服该领域中电极密度小,空间分辨率差,难以实现多通道同时记录或刺激,制作困难等障碍,通过微加工工艺可以很容易制作尺寸与神经细胞相当的微电极,从而可以使电极与单个或少数的神经细胞作用,以获得更可靠的记录结果和更有效的刺激结果。