神经电生理微电极阵列检测系统研制

该文设计了基于微电极阵列的16通道神经电生理信号检测系统。检测系统由硬件和软件两部分组成,其中硬件部分可分为以下3个模块:微电极阵列接口模块,用于实现微电极阵列和检测系统的可靠连接;多通道信号放大模块,用于对微弱电生理信号进行提取并放大至合适的幅度;数据采集模块,对放大后的电生理信号进行高速数据采集并通过USB2.0接口和计算机相连。软件部分采用多线程、多缓存等技术保证对信号的实时观测和分析。对检测系统的主要参数进行了测试,并结合实验室自制神经微电极阵列对SD大鼠海马区脑切片进行神经电生理信号的检测。系统的输入噪声Vrms2 V,放大倍数为1000倍,频率带宽范围为10~3000 Hz,并且能够检测到放电幅度为20 V左右的神经电生理信号。该文针对微电极阵列神经电生理信号检测中的技术难点,从硬件和软件设计上保证微弱信号的提取,检测系统的分辨率可达0.6 V,各项参数能够满足神经电生理信号的检测需要。     

聚吡咯氧化石墨烯修饰的神经微电极阵列

利用电化学方法,在多通道神经微电极阵列芯片上制备聚吡咯氧化石墨烯薄膜材料,并对该材料的电化学行为进行了分析。对神经微电极阵列芯片采用计时电压法探究,确定了定向修饰聚吡咯氧化石墨烯薄膜的最佳电沉积条件。微电极阵列芯片为多通道实时检测神经细胞的电生理和电化学信号提供了一种新的器件,但其检测灵敏度、信噪比需进一步的提高。将聚吡咯氧化石墨烯的平面微电极阻抗值降低了92.1%,且提高了对多巴胺循环伏安响应的灵敏度,对神经电生理信号和电化学信号的检测具有重要意义。     

一种神经信号压缩感知检测方法

针对无线传感器在神经信号检测领域需要低功耗设计的需求,设计了一种利用压缩感知方法对含动作电位的神经信号进行分段压缩的方法。首先,通过构造冗余字典,实现了对原始神经信号的稀疏化表征;然后构建了测量矩阵,实现了对原始神经信号的压缩;最后,利用稀疏分解算法,实现了对原始神经信号的重构。利用测量到的大鼠脑部神经信号对设计的方法进行实验测试,结果表明,在压缩比为10：1及以下的情况下,可以实现对含动作电位的神经信号的分段压缩和可靠重构。     

离体电生理检测微电极阵列传感器的设计与制备(英文)

针对动物离体组织电生理检测的实际需求,设计并制备了一种以载玻片为基底,以微电极阵列为敏感元件,并将灌流装置集成一体的传感器芯片.采用微电子机械系统(MEMS)技术中的薄膜工艺完成了微电极阵列的制备,其导电层和绝缘层分别是铂和氮化硅.采用聚二甲基硅烷(PDMS)浇铸制成埋有管道的方形灌流槽.该传感器可保持离体组织的生理活性,同时实现电生理信号的64通道同步记录.整个芯片结构紧凑,接口简单,使用方便.对芯片的电学性能进行了研究,结果表明,通过在微电极表面电镀修饰铂黑,可有效降低其交流阻抗,提高信噪比.     

双模态神经信息检测分析仪器研制

针对神经科学基础研究对神经信息检测仪器的迫切需求,研制了双模态神经信息检测分析仪器。该检测仪由中央控制模块、电生理检测模块、电化学检测模块、数据采集模块及多通道神经信息分析处理软件组成,能实现128通道神经电生理信号和8通道神经电化学信号的检测。采用模拟神经信号发生器对该分析仪进行了电生理检测模块性能测试,能实时检测、分析处理128通道的微弱神经电生理信号,提取的Spike信号峰-峰值为320 μV。结合64通道离体微电极阵列,采用电化学循环伏安扫描可实现对不同浓度抗坏血酸溶液的检测。实验结果表明,该分析仪能实现对微弱神经电生理和递质电化学信号的检测,为神经信息双模检测奠定了技术基础。     

基于小波变换的电生理信号压缩采样与重构

压缩感知是一个新兴领域,该理论可对信号以低于奈奎斯特采样率的速率进行成比例压缩采样,用来降低数据存储。本文基于压缩感知和小波变换,设计并实现了神经动作电位信号的压缩与重构。首先在小波域构造了64位神经动作电位信号的稀疏矩阵,然后设计了64位神经动作电位信号的2：1压缩矩阵与OMP（OrthogonalMatchingPursuit）重构算法,并通过编程仿真实现,可以完成信噪比较高的压缩信号的高精度恢复。仿真结果表明,重构信号与原信号的关键值相对误差小于15％。