一种多功能奈米探针介面结构及制作方法.PDF

技術 一種多功能奈米探針介面結構及製作方法 名稱 游萃蓉教授研發團隊 材料科學工程研究所 發明者 Keyword: 奈米探針、奈米碳管、神經細胞、微機電技術 E-mail: tryew@mx.nthu.edu.tw Phone: 0936347230, Fax:03-5722366 由於腦內神經細胞的活動主要是靠電訊號來達成，藉由對腦運作方式的瞭解，已有 多種機電儀器被開發並運用於輔助因病受損或老年退化之神經及肌肉組織的功能。 在 2006 年七月份Nature 雜誌報導[1] ，為一種由Utah 電極陣列製成之 “腦⁄機電介 面＂ (Brain-machine interface, BMI) ，Hochberg 等人的研究團隊將此多電極陣列 (10×10 個電極) ，植入一個脊髓受傷而四肢癱瘓的病人腦部，配合軟硬體之腦⁄機電 介面後，病人可以在不需長期訓練的情況下，直接利用腦部活動，透過電腦執行一 些較複雜且精準的儀器控制，這意謂著未來機電輔具有機會透過腦機介面幫助腦傷 或退化的病人恢復部份的生活自主能力。然而，目前發展的多種微電極探針陣列， 仍無法長期可靠地偵測神經細胞活動，及區域選擇性地刺激神經組織，其主要歸因 於下列缺點: (1)微機電技術製作之電極尺寸仍過大，易傷害細胞，或無法刺激記錄 技術 單一細胞，且電極及其 基板皆缺乏彈性，易因人體運動引起位移、脫落並造成傷害。 內容 (2)目前電極多用金屬材質電極，在低頻區段具高阻抗，除了動作電位外，無法靈敏 偵測組織的其他電位改變，(3)金屬與組織產生電化學反應，使機電復建輔具無法分 辨所偵測訊號是來自組織，抑是來自電極本身之電化學反應，(4)長期植入後會引發 局部發炎或免疫相關反應，使得輸出電流量須不斷加強或偵測靈敏度降低。 本研究的目的就是在提供一種奈米探針介面結構及製作方法，以應用於各式神經組 織復建輔具，並可以長期有效地刺激或記錄腦的訊號，以修復或部分取代損害之感 官組織。 此奈米探針介面結構包括神經細胞感測與刺激之控制晶片、微流通道之矽微電極基 座陣列，奈米碳管及用以包覆奈米碳管之薄絕緣層。控制晶片外接於微電極基座陣 列，微流通道貫穿於內部，奈米碳管定位成長於微電極基座陣列上的導電內連線區 域，並包覆薄絕緣層於奈米碳管外壁，只露出尖端導電用，如圖 1所示為本發明所 製備之奈米探針介面結構的示意圖。 神經細胞感測與 刺激之控制晶片 導電內連線 矽基底 高濃度摻雜的 矽尖錐基座 微流通道 奈米碳管(單壁、雙壁、多壁 、單根、多根、或碳管矩陣) 硼玻璃絕緣層 (BSG) 絕緣層 神經細胞 圖 1. 多功能奈米探針介面結構示意圖。 本研究提出一種多功能奈米探針介面結構及其製作方法，以應用於各式神經組織復 建輔具，此奈米探針並成功結合神經細胞感測與刺激之控制晶片