用于在体神经递质检测的可佩戴式无线电化学检测仪

为了实现对微弱神经递质信号的在体实时检测,设计并实现了一种无线电化学检测仪器。系统硬件以低功耗微控制器MSP430为主控制器,包括了微弱电流检测模块、波形产生模块以及数据收发模块,具有尺寸小（2.3 cm×1.8 cm×0.6 cm）,功耗低的特点。基于u C/OS操作系统设计了系统的下位机程序,结合上位机软件实现了检测数据的实时显示与分析。针对神经递质的实际检测需求,系统集成了计时电流法与快速循环伏安法两种电化学检测分析方法。利用快速循环伏安法对不同浓度的多巴胺标准溶液进行了测试,在浓度范围5.0×10^-7～7.0×10^-5mol/L内,系统检测的响应电流与多巴胺浓度之间线性相关系数R=0.99。在此基础上,开展了大鼠在体多巴胺检测的实验,并成功检测到大鼠尾状壳核脑区的电诱发多巴胺释放信号。实验结果表明,此仪器具有检测灵敏度高的优点,能够实现对大脑内神经递质信号的定性及定量分析,在神经科学研究领域具有广阔的应用前景。

16通道神经信息双模检测分析仪的研制与应用

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。

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。

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

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。

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。

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.

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。

基于DSP与FPGA的实时功率谱分析仪

设计了一套实时功率谱分析系统,主要用于信号的实时功率谱分析。采用DSP浮点芯片TMS32C6713作为系统的主处理单元,负责进行功率谱分析;FPGA芯片Spartan xc2s200为主控制单元,并通过CY7C68013 USB芯片与基于LabVIEW的上位机进行通信。为了保证系统的实时性,在DSP中使用了实时操作系统内核DSP/BIOS.它提供了抢占式多线程、硬件抽象、与寄存器配置等功能。分别采用频率为25 Hz、100 Hz的正弦信号对该系统进行标定。

一种提取动作电位的自适应阈值算法

阈值检测法是目前最广泛的动作电位提取的方法之一,自适应阈值算法比定阈值算法更为灵活,更能准确有效地检测出动作电位信号。该文设计了自适应阈值检测算法,它比目前自动设定阈值的方法计算量小,更容易实现,能够根据接收到的神经信号的数据,不断地计算﹑调整阈值,同时根据此阈值准确、实时地提取动作电位信号。该文把此种算法进行了Matlab仿真和FPGA电路实现。实验证明,该文中的自适应阈值法,方法简单、易于在电路上进行实现,能够灵活地调整阈值。同时,对神经信号发生器产生的动作电位信号,此算法把100%的动作电位和极少部分噪声截取出来,滤除了绝大部分的噪声信号。

双模神经信息无线检测系统的设计与实现

介绍了一种可同时检测神经电生理信号和电化学信号的无线双模神经信息实时检测系统.系统由双模神经信息检测模块、控制模块、无线发射和接收模块以及上位机显示软件组成,其电流和电压分辨率分别为0.06nA和0.6μV.为验证系统性能,分别进行了电生理实验、电化学实验以及双模联测实验.利用模拟神经信号发生器进行电生理信号检测获得了信噪比可达S/N=11的神经动作电位.在抗坏血酸溶液的电化学实验中,以实验室自制的平面电极做工作电极,在0～285μM的浓度范围内电流响应的相关系数为0.99036.最后结合基于LabVIEW的上位机软件进行了双模联测实验.结果表明本系统成功实现了双模神经信息的无线检测.