Massively Multiplexed Gold Microprobe Arrays for Whole-Mouse-Brain Recording
用于全小鼠大脑记录的大规模多重金微探针阵列
基本信息
- 批准号:10442207
- 负责人:
- 金额:$ 7.56万
- 依托单位:
- 依托单位国家:美国
- 项目类别:
- 财政年份:2021
- 资助国家:美国
- 起止时间:2021-09-01 至 2022-08-31
- 项目状态:已结题
- 来源:
- 关键词:
项目摘要
Abstract
Understanding brain function requires the ability to record simultaneously from thousands or tens-of-
thousands of neurons contributing to the dynamic activity in a neural circuit. CMOS based electrode
technology constitutes the only means to electrically interact with living systems beyond this scale and at sub-
millisecond time resolution, but suffers from the limited recording depth and the invasiveness of silicon wafer
which might prohibit their use in human experimentation. Still, there is a growing awareness that leveraging
commercially available large-scale CMOS technologies might address the scaling challenge in brain mapping.
We herein propose a new device concept which encompasses a unique and innovative combination of two
widely-used existing technologies - metal microwires and CMOS electronics - to create a synergistic result. By
developing small-diameter, deep-penetrating, gold microprobes monolithically on a thin yet reliable CMOS
electronic ‘router’, we aim to achieve over one thousand subcellular neuro probes with only a few I/O wires in a
commercially viable way, with scalability up to tens of thousands and even higher for large-scale in vivo brain
mapping.
We will first develop a viable electrochemical deposition process to achieve high-aspect-ratio gold
microprobes with down to 10µm diameter, and up to 1mm length. A passive gold microprobe array with 96
channels will be developed first at a density up to 100 probes/mm2. In parallel, we will develop a massively
multiplexed CMOS ASIC design on SOI substrates to be thinned down to the buried oxide layer with less-than-
3µm device thickness on a supporting Kapton substrate. We will form the massively multiplexed penetrating
arrays with up to 1000 electrodes by synthesizing gold microprobes on the thinned-down ASIC. Implantations
in rodent cortex will be used to assess recording reliability and tissue response. The monolithic fabrication
process of the gold microprobes will support up-scaling to 10,000 - 100,000 microprobes or higher at the cm
scale.
This project leverages a vibrant collaboration between material scientists, circuit designers, device
engineers and electrophysiologists at Dartmouth College and the University of Utah (Utah), to realize large-
scale, subcellular, deep-penetrating gold microprobe arrays that serve as a basis to scale to whole-mouse-
brain recording.
抽象的
了解大脑功能需要仅从数千或数十万中记录的能力
成千上万的神经元在神经元回路中有助于动态活性。基于CMOS的电极
技术构成与超越这种规模的生活系统电气相互作用的唯一手段
毫秒的时间分辨率,但遭受了有限的记录深度和硅晶片的侵入性
这可能禁止他们在人类实验中使用。不过,人们越来越意识到
市售的大规模CMOS技术可能会解决大脑映射中的缩放挑战。
我们在这里提出了一个新的设备概念,该概念涵盖了两个的独特而创新的组合
广泛使用的现有技术 - 金属微管和CMOS电子产品 - 创建协同结果。经过
在薄而可靠的CMOS上单拼单上开发小直径,深渗透的金微探针
电子“路由器”,我们的目标是实现超过一千多个I/O线的亚细胞神经探针
商业上可行的方式,可扩展性高达数万,甚至更高的体内大脑大脑
映射。
我们将首先开发一个可行的电化学沉积过程,以实现高光谱比率
直径至10μm的微探针,长度最高为1mm。 96
通道将首先以高达100个问题/mm2的密度开发。同时,我们将大规模发展
SOI底物上的多路复用CMOS ASIC设计将被稀释到埋在氧化物层的情况下
支撑Kapton底物上的3µm设备厚度。我们将形成大量的多重穿透
通过在稀薄的肌肉上合成金色微探针,具有多达1000个电子的阵列。植入
在啮齿动物中,皮质将用于评估记录可靠性和组织反应。整体制造
黄金微探针的过程将支持上升到10,000-100,000微探针或更高的CM。
规模。
该项目利用材料科学家,电路设计师,设备之间的充满活力的合作
达特茅斯学院和犹他大学(犹他州)的工程师和电生理学家,实现大型
比例尺,亚细胞,深渗透金微探针阵列,可作为扩展全鼠的基础
大脑记录。
项目成果
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专著数量(0)
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会议论文数量(0)
专利数量(0)
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