纳米铂黑修饰微电极阵列在神经电生理检测中的应用研究 被引量：8

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作者 宋轶琳 林楠森 +3 位作者 姜红 刘春秀 邢国刚 蔡新霞 《东南大学学报（医学版）》 CAS 2011年第1期29-32,共4页

目的:研究纳米铂黑修饰微电极阵列在神经电生理信号检测中的应用及其检测性能。方法:采用微电子机械系统(MEMS)工艺制备出用于神经电生理检测的微电极阵列,采用电化学沉积法在微电极阵列表面修饰纳米铂黑颗粒,通过扫描电镜观察修饰层的... 目的:研究纳米铂黑修饰微电极阵列在神经电生理信号检测中的应用及其检测性能。方法:采用微电子机械系统(MEMS)工艺制备出用于神经电生理检测的微电极阵列,采用电化学沉积法在微电极阵列表面修饰纳米铂黑颗粒,通过扫描电镜观察修饰层的表面形貌。在同一测试环境下对比裸电极与修饰电极的噪声水平。利用修饰电极进行神经电生理信号的检测。结果:电化学沉积法制备的纳米铂黑颗粒在微电极表面分布致密而均匀。修饰铂黑后微电极信噪比可提高到原来的2.5倍,实验中能分辨出幅度在10μV左右的微弱电生理信号。结论:通过在微电极表面修饰纳米铂黑,可有效改善电极性能,提高神经电生理信号检测的信噪比。 展开更多

关键词 微电极阵列 纳米铂黑修饰 神经电生理 信噪比

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离体电生理检测微电极阵列传感器的设计与制备(英文)

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作者 宋轶琳 林楠森 +3 位作者 刘春秀 罗金平 王利 蔡新霞 《纳米技术与精密工程》 EI CAS CSCD 2011年第3期189-193,共5页

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... 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. 展开更多

关键词 微电极阵列 离体组织 电生理 MEMS

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16通道神经信息双模检测分析仪的研制与应用 被引量：6

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作者 林楠森 宋轶琳 +1 位作者 刘春秀 蔡新霞 《分析化学》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2011年第5期770-774,共5页

研制了一种可检测分析神经电生理信号和递质化学信号的16通道双模检测分析仪。仪器由硬件和软件系统组成,其电流和电压分辨率分别为10 pA和0.6μV,具备实时峰电位分离,数字IIR滤波,计时电流法,循环伏安法等常用电生理和电化学检测分析... 研制了一种可检测分析神经电生理信号和递质化学信号的16通道双模检测分析仪。仪器由硬件和软件系统组成,其电流和电压分辨率分别为10 pA和0.6μV,具备实时峰电位分离,数字IIR滤波,计时电流法,循环伏安法等常用电生理和电化学检测分析方法。为验证仪器的性能分别进行了电生理信号和电化学信号的检测实验。在SD大鼠脑部电生理信号检测实验中,利用钨丝电极获得信噪比S/N=9.7的神经动作电位。在多巴胺溶液的电化学信号检测中,以Pt微电极为工作电极,在0.1～378.5μmol/L浓度范围内,电流响应的线性相关系数为0.9958。实验表明,本检测分析仪可用于神经电生理信号和电化学信号的检测,分辨率高,可实现对微弱信号的高精度检测。 展开更多

关键词 神经电化学 神经电生理 双模检测 神经递质 多巴胺

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神经电生理微电极阵列检测系统研制 被引量：8

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作者 林楠森 宋轶琳 +1 位作者 刘春秀 蔡新霞 《电子与信息学报》 EI CSCD 北大核心 2011年第8期2028-2032,共5页

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... 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Vrms<2μV,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20μV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0.6μV,各项参数能够满足神经电生理信号的检测需要。 展开更多

关键词 微电极阵列 检测系统 神经电生理信号

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聚吡咯氧化石墨烯修饰的神经微电极阵列 被引量：2

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作者 王力 蒋庭君 +3 位作者 石文韬 宋轶琳 徐声伟 蔡新霞 《电子科技大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2015年第4期623-626,共4页

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... 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。 展开更多

关键词 电沉积 阻抗 神经微电极阵列 聚吡咯氧化石墨烯

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双模态神经信息检测分析仪器研制

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作者 王蜜霞 徐声伟 +5 位作者 林楠森 刘军涛 宋轶琳 蒋庭君 石文韬 蔡新霞 《电子科技大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2015年第4期627-630,共4页

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... 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320μV。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。 展开更多

关键词 双模 多通道 神经电化学 神经电生理

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一种神经信号压缩感知检测方法

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作者 徐声伟 周帅 +5 位作者 刘欣阳 周基阳 王蜜霞 宋轶琳 林楠森 蔡新霞 《网络新媒体技术》 2014年第2期21-25,共5页

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... 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。 展开更多

关键词 压缩感知 动作电位 压缩比 冗余字典

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基于小波变换的电生理信号压缩采样与重构

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作者 刘欣阳 徐声伟 +3 位作者 周帅 宋轶琳 罗森林 蔡新霞 《网络新媒体技术》 2014年第2期7-13,共7页

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... 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(Orthogonal Matching Pursuit)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%。 展开更多

关键词 压缩感知 小波变换 稀疏表示 OMP算法

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纳米TiN修饰平面微电极阵列在神经信息双模检测中的应用 被引量：4

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作者 蒋庭君 刘春秀 +3 位作者 宋轶琳 徐声伟 蔚文婧 蔡新霞 《分析化学》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2014年第8期1071-1076,共6页

采用氮化钛（TiN）修饰平面微电极阵列（pMEA）,对其性能进行改进,开展了离体神经电生理和神经递质电化学的检测研究。采用磁控溅射法在实验室自制微电极阵列上修饰具有纳米结构的TiN材料,修饰后的微电极阻抗降低近一个数量级,背景噪声... 采用氮化钛（TiN）修饰平面微电极阵列（pMEA）,对其性能进行改进,开展了离体神经电生理和神经递质电化学的检测研究。采用磁控溅射法在实验室自制微电极阵列上修饰具有纳米结构的TiN材料,修饰后的微电极阻抗降低近一个数量级,背景噪声基线降至±6μV,信噪比是修饰前的1.7倍。在SD大鼠离体脑片神经电生理信号检测中,信噪比可达10∶1,能分离提取±12μV的微弱信号。神经递质多巴胺电化学信号检测下限达50 nmol/L（信噪比2∶1）,浓度在0.05~100μmol/L内与电流响应的线性相关系数为0.998。实验结果表明,在微电极表面修饰纳米TiN,降低了微电极阻抗,提高了信噪比,实现了对神经信息微弱信号的检测。 展开更多

关键词 微电极阵列 氮化钛修饰 神经电生理 神经电化学 多巴胺

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脑死亡过程中谷氨酸与场电位的同步检测微电极阵列研究 被引量：4

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作者 蔚文婧 宋轶琳 +4 位作者 范心怡 张松 王力 徐声伟 蔡新霞 《分析化学》 SCIE CAS CSCD 北大核心 2015年第7期983-988,共6页

高浓度胞外K+会引起神经元的去极化、谷氨酸释放、甚至细胞死亡。为研究高浓度K+对在体神经元的影响,采用微机电系统(MEMS)方法制作了一种植入式微电极阵列(MEA),其上包含形状、位置固定的电化学(50×150μm)和电生理(直径为15μm)... 高浓度胞外K+会引起神经元的去极化、谷氨酸释放、甚至细胞死亡。为研究高浓度K+对在体神经元的影响,采用微机电系统(MEMS)方法制作了一种植入式微电极阵列(MEA),其上包含形状、位置固定的电化学(50×150μm)和电生理(直径为15μm)检测位点,可同时进行脑内神经递质谷氨酸、局部场电位信号(LFP)双模检测。将这种MEA植入到大鼠纹状体后,给大鼠皮层施加高浓度K+刺激,结果表明,高钾刺激增加了纹状体内谷氨酸浓度,同时抑制了神经电生理活动。这是首次采用双模MEA研究神经元在体死亡过程,结果验证了双模微电极阵列在体检测的可行性,可用于研究脑内神经电化学、电生理的时空关系。 展开更多

关键词 微机电系统 植入式微电极阵列 脑死亡 高钾 谷氨酸 局部场电位

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微纳电极阵列检测丘脑底核电刺激引起的纹状体神经元活动变化 被引量：4

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作者 杨丽丽 宋轶琳 +6 位作者 徐声伟 张禹 肖桂花 张松 高飞 李子岳 蔡新霞 《分析化学》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2017年第7期1088-1095,共8页

丘脑底核(STN)深部脑刺激(DBS)已成为帕金森病的重要外科治疗手段,然而其确切的作用机理尚不明确。本研究采用微机电系统(MEMS)技术制备了一种16通道植入式微电极阵列(MEA),在MEA表面修饰了铂黑-还原氧化石墨烯-Nafion膜(Pt/RGO/Nafion... 丘脑底核(STN)深部脑刺激(DBS)已成为帕金森病的重要外科治疗手段,然而其确切的作用机理尚不明确。本研究采用微机电系统(MEMS)技术制备了一种16通道植入式微电极阵列(MEA),在MEA表面修饰了铂黑-还原氧化石墨烯-Nafion膜(Pt/RGO/Nafion)纳米材料,用于同步检测麻醉大鼠脑内纹状体神经元在STN电刺激前后多巴胺(DA)含量和动作电位(Spike)发放变化。STN-DBS结果表明,电刺激20 s后,DA含量开始升高,最高达1.72μmol/L,较高浓度状态保持约50 s后回落至正常水平。与此同时,检测到在DA上升阶段中间神经元Spike发放活动增强,在保持高于DA正常浓度水平阶段,中等多棘神经元(MSNs)放电频率增加。本研究制备的微电极阵列传感器能够实现脑内多巴胺和电生理的原位实时检测,有望成为神经信息检测的有力工具。 展开更多

关键词 微机电系统 微纳电极阵列 丘脑底核电刺激 多巴胺 动作电位

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基于微电极阵列的睡眠剥夺大鼠海马区神经电活动检测 被引量：3

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作者 陆泽营 徐声伟 +10 位作者 王昊 刘军涛 高飞 宋轶琳 谢精玉 肖桂花 张禹 戴玉川 王云 曲丽娜 蔡新霞 《物理化学学报》 SCIE CAS CSCD 北大核心 2020年第12期102-108,共7页

睡眠剥夺是一种能够实现个体睡眠部分或完全丧失的技术手段,由睡眠干扰所引发的逐渐积累的睡眠压力能导致多种生理方面的变化,甚至是个体的死亡。在本次研究中,我们使用旋转滚动式睡眠剥夺仪对大鼠进行了长达14天的睡眠剥夺,同时我们制... 睡眠剥夺是一种能够实现个体睡眠部分或完全丧失的技术手段,由睡眠干扰所引发的逐渐积累的睡眠压力能导致多种生理方面的变化,甚至是个体的死亡。在本次研究中,我们使用旋转滚动式睡眠剥夺仪对大鼠进行了长达14天的睡眠剥夺,同时我们制作了一种16通道的微电极阵列并将其植入到大鼠海马区进行实时电生理信号检测。结果显示睡眠剥夺之后,大鼠海马区内的椎体神经元和中间神经元动作电位幅值提升,两种神经元动作电位的发放频率也显著增大。同时,场电位的波动也更加剧烈。神经细胞在睡眠剥夺后的快速发放模式表明长期清醒状态下神经细胞兴奋性的提升。此外,场电位在0–50 Hz频段的平均功率计算结果显示,睡眠剥夺之后各个频段的功率均有所提升,且在δ频段的变化最为明显。场电位在低频段的功率改变表明了睡眠剥夺所致的睡眠压力增大,此改变还将会进一步损伤大脑的相关功能。 展开更多

关键词 睡眠剥夺 神经细胞活动 微电极阵列 动作电位 场电位

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基于微电极阵列的大鼠脑内L-DOPA刺激谷氨酸释放和神经电信号检测 被引量：3

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作者 范心怡 张松 +4 位作者 宋轶琳 徐辉任 肖桂花 杨丽丽 蔡新霞 《纳米技术与精密工程》 CSCD 北大核心 2017年第6期455-459,共5页

左旋多巴(L-DOPA)是帕金森症的主要治疗药物之一,长期使用具有神经毒性,其作用机理复杂.为了研究L-DOPA对大脑纹状体谷氨酸神经通路在体神经元的影响,采用微机电系统(MEMS)技术制备了一种16通道植入式微电极阵列(MEA)芯片,其上集成了直... 左旋多巴(L-DOPA)是帕金森症的主要治疗药物之一,长期使用具有神经毒性,其作用机理复杂.为了研究L-DOPA对大脑纹状体谷氨酸神经通路在体神经元的影响,采用微机电系统(MEMS)技术制备了一种16通道植入式微电极阵列(MEA)芯片,其上集成了直径10μm的电生理、电化学双模信号检测位点,能够实时记录脑内神经递质谷氨酸和动作电位(spike)、局部场电位(LFP)等神经电信号的同步变化.将这种MEA植入大鼠纹状体,在皮层施加L-DOPA(100μL,2 mmol/L)刺激后,随着纹状体内谷氨酸浓度的迅速增加,神经元spike发放频率和LFP低频段功率同步衰减.实验结果从神经元层次在体验证了L-DOPA的神经毒性,可为帕金森症治疗药理研究提供线索. 展开更多

关键词 微机电系统 植入式微电极阵列 左旋多巴 谷氨酸 动作电位 局部场电位

原文传递

神经电调控-双模信号检测系统与活体大鼠脑深部核团实验验证

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作者 张禹 徐声伟 +5 位作者 何恩慧 肖桂花 宋轶琳 高飞 王蜜霞 蔡新霞 《分析化学》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2019年第10期1703-1709,共7页

深脑核团电刺激(DBS)已成为改善帕金森病人运动障碍的有效治疗手段,然而其确切的治疗机制仍然不明。目前,DBS机制探究系统多由电刺激仪器和信号检测仪器两部分构成,多台实验设备的长期开启易产生操作程序复杂、环境噪声增多和资源浪费... 深脑核团电刺激(DBS)已成为改善帕金森病人运动障碍的有效治疗手段,然而其确切的治疗机制仍然不明。目前,DBS机制探究系统多由电刺激仪器和信号检测仪器两部分构成,多台实验设备的长期开启易产生操作程序复杂、环境噪声增多和资源浪费等问题。本研究建立了一套综合性实验系统,包括将电刺激功能与神经双模信号检测功能集成的神经电调控-双模信号检测仪器和基于微机电加工技术制备的微电极阵列(MEA)。在体实验前,对经纳米铂黑和Nafion膜修饰的MEA进行体外标定。实验结果表明,1~50μmol/L多巴胺(DA)溶液与修饰后的电极表面氧化电流值呈良好的线性关系,线性相关系数为0.998。随后,设计并进行了以前脑内侧束为电刺激靶点,纹状体为神经信息检测核团的活体大鼠实验。实验结果表明,纹状体内DA浓度在刺激后迅速上升,最高达2.06μmol/L,约为刺激前水平的1.57倍;神经元动作电位发放率增加,由刺激前的1.17 Hz上升至6.77 Hz;场电位活动增强,功率由刺激前的0.19 mW上升至0.64 mW。本研究设计并制备的神经电调控-双模信号检测系统实现了电刺激与双模信号检测的功能集成,有望为DBS治疗机制的探究提供有效实验工具。 展开更多

关键词 深脑核团电刺激 微电极阵列 多巴胺 神经电生理信号 神经递质

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