Fabrication of Injectable Micro-Scale Opto-Electronically Transduced Electrodes (MOTEs) for Physiological Monitoring.
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DOI：
10.1109/jmems.2020.2999496
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发表时间：
2020-10
期刊：
影响因子：
--
通讯作者：
Molnar AC
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Lee S;Cortese A;Mok A;Wu C;Wang T;Park JU;Smart C;Ghajari S;Khilwani D;Sadeghi S;Ji Y;Goldberg JH;Xu C;McEuen PL;Molnar AC
在体内，慢性神经记录对于了解神经系统至关重要，而无绳、小型化的记录单元可以使这种记录具有最小的侵入性。我们提出了一种无绳、可注射的微尺度光电子传感电极（MOTE），尺寸为~60μm × 30μm × 330μm，是迄今为止最小的神经记录单元。该MOTE由在传统的180nm互补金属氧化物半导体（CMOS）电路上异质集成的AlGaAs微尺度发光二极管（μLED）组成。MOTE结合了光学（用于电源和数据上行的AlGaAs μLED）和电子（用于信号放大和编码的CMOS）的优点。光电源和通信实现了极限缩放，而电路提供了高时间分辨率（<100μs）。本文详细阐述了mote中的异构集成，这是一个一直被吹捧的主题，但在可行性或可扩展性方面没有太多演示。基于光刻技术，我们展示了如何构建可扩展且生物稳定的异质系统- mote可以在盐水中工作超过六个月，在小鼠大脑中工作两个月（并且还在继续）。我们还为用户（即生物学家）提供处理/插入技术，以便在很少或没有额外培训的情况下部署mote。
In vivo, chronic neural recording is critical to understand the nervous system, while a tetherless, miniaturized recording unit can render such recording minimally invasive. We present a tetherless, injectable micro-scale opto-electronically transduced electrode (MOTE) that is ~60μm × 30μm × 330μm, the smallest neural recording unit to date. The MOTE consists of an AlGaAs micro-scale light emitting diode (μLED) heterogeneously integrated on top of conventional 180nm complementary metal-oxide-semiconductor (CMOS) circuit. The MOTE combines the merits of optics (AlGaAs μLED for power and data uplink), and of electronics (CMOS for signal amplification and encoding). The optical powering and communication enable the extreme scaling while the electrical circuits provide a high temporal resolution (<100μs). This paper elaborates on the heterogeneous integration in MOTEs, a topic that has been touted without much demonstration on feasibility or scalability. Based on photolithography, we demonstrate how to build heterogenous systems that are scalable as well as biologically stable – the MOTEs can function in saline water for more than six months, and in a mouse brain for two months (and counting). We also present handling/insertion techniques for users (i.e. biologists) to deploy MOTEs with little or no extra training.
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