應用于神經通路研究的微機電系統探針與低功耗低噪聲單集成芯片系統

孫建輝 蔡新霞 劉軍濤 王春興 李登旺 陳澤源 程傳福 汪金輝 胡冬梅

摘要針對神經內海馬區谷氨酸化學遞質與神經電生理信號的并行雙模檢測需要，設計了8通道電化學遞質與電生理雙模并行檢測傳感芯片微系統，系統組件包括：基于SOI（Silicononinsulator）工藝襯底制備的微機電系統MEMS（Microelectromechanicalsystem）神經信息檢測探針、低噪聲顱內神經電小信號放大器、低功耗中速SAR（Successiveapproximationregister）ADC（Analog/DigitalConverter）模/數轉換器、精簡低能耗OOK（OnOffKeying）/FSK（FrequencyShiftKeying）調制射頻發射器。本微型神經信息傳感芯片系統具有體積小、抗干擾、化學遞質與電生理信號并行檢測、靈敏性好、線性度高等特點。對電生理裸探針的4個電生理位點表面沉積鉑黑，電極阻抗優化為35.0kΩ；通過酶固定技術在谷氨酸檢測位點上納米定向修飾酶復膜結構（PtmPDGluOx）以形成具有特異選擇性的生物識別點，實現神經化學遞質谷氨酸的檢測；在6～35μmol/L谷氨酸濃度范圍內線性度是0.97，單位面積靈敏度是0.0069pA/（μmol/L），電流響應誤差<3.0pA，表明此探針可以實現特異選擇功能。同時，基于數模混合180nm的ASIC（Applicationspecificintegratedcircuit）芯片制造工藝（SmicRF180nm1Poly6M）制造的神經電生理傳感后端信息調理單芯片，其內部關鍵測試指標：微弱小信號低噪系電壓放大器（等效輸入噪聲電壓≤0.7μVrms，增益>70dB，電源/共模抑制比>100dB等）、SARADC（有效量化位數是12bits，功耗1.2mW，最大轉換速率1Msps，信噪比為60.9dB）、ASK/FSK調制的射頻發射器（功放PA4～5dBm，輸出功率滿足10m輻射距離）。此微型神經信息感知處理芯片集成檢測系統，可為海馬區神經通路的研究提供便攜、普適性的無線可穿戴設備。

關鍵詞神經通路；神經植入探針；傳感后單集成芯片；微型生物可穿戴設備

1引言

谷氨酸（Glutamate，Glu）是神經內關鍵的興奮性神經遞質之一，其代謝與大神經認知、記憶、運動、神經元可塑性等功能相關[1]。神經信息傳導具有神經電生理和神經遞質兩種方式。對神經內谷氨酸和神經電生理并行檢測有利于全面研究神經系統功能。目前，針對谷氨酸和電生理信號的文獻報道都是利用單模手段，而在體雙模檢測報道很少。如2015年Kanamori結合EEG電極和微透析的雙模檢測法，在體研究大鼠神經內谷氨酸濃度增加的現象[2]。2014年Tani等[3]在神經片中分離出海馬CA3區和皮層的谷氨酸能神經突觸，通過的功能特別依賴于谷氨酸信號轉運，因此熟悉海馬生理結構，并從神經電生理、谷氨酸遞質傳導等方面分析海馬區的神經傳導通路，是海馬區相關神經疾病研究的重要方法。他們采用膜片鉗記錄電刺激后的離子通道信號，并使用熒光共振能量轉移技術測量谷氨酸釋放。不論基于神經調控進行病理、藥理研究，還是研究某特定神經區神經回路的作用機制，在體實時獲得相關神經區電生理和谷氨酸化學遞質信號的雙模并行變化具有重要意義[4]。谷氨酸與相關化合物通過延長興奮性突觸傳遞作用導致神經元破壞，引發興奮性毒性，從而引發癲癇、神經創傷、神經缺血等急性神經元損傷。通常情況下，釋放到突觸間隙的谷氨酸濃度可達1mmol/L，時間維持10

3s，在突觸間隙的谷氨酸長期累積，引起谷氨酸受體受到過分刺激，從而導致神經元損害甚至死亡。海馬（Hippocampus）是脊椎動物（包括人類）大腦神經的重要組成，在記憶形成和空間感知中具有非常關鍵的地位。海馬區結構和功能的改變與癲癇、阿爾茨海默病、精神分裂癥等神經疾病關系密切，是病理研究的重要神經區之一[5]。長期增強效應作為神經可塑性重要形式即在海馬區被第一次發現[6]。海馬區神經電信號分類和特征分析在神經疾病研究中具有重要意義，而海馬區的功能特別依賴于谷氨酸信號轉運，因此熟悉海馬生理結構，并從神經電生理、谷氨酸遞質傳導等方面分析海馬區的神經傳導通路，是海馬區相關神經疾病研究的重要方法。

本研究運用納米材料修飾技術、微納加工制造技術、酶生物傳感技術、神經調控技術，設計了一款雙模（電生理電位與谷氨酸化學遞質）并行檢測的植入式、8通道神經信息檢測器件，并進行在體測試研究。同時，神經器件檢測的動作電壓信號被后續后端電路進行放大、濾波、去噪、模擬到數字信號轉換、功耗優化、并且電路模塊高度集成，圖1為本研究設計的神經信號處理傳感芯片系統整體，并且該微型可穿戴系統[7]可以移植到手機及其它便攜生物信號檢測終端。

2SOIMEMS谷氨酸檢測神經植入傳感器和信號處理集成單芯片制備

2.1MEMS植入神經探針制備

本實驗采用SOI自停止技術形成硅基底，SOI硅片中間二氧化硅氧化層可作為背面基底濕法腐蝕的自停止層。MEMS神經信息傳感探針基于三層光刻工藝，利用了3塊掩膜版，如圖2所示，探針關鍵制備流程：（1）為了使硅基底與微電極陣列之間完全絕緣，熱氧化制備硅底絕緣層（圖2A）；（2）利用第一塊掩膜版光刻顯影將圖形轉移到光刻膠上，在其上濺射Ti層后濺射Pt薄膜層，增強粘附性，再剝離光刻膠層與多余的Ti/Pt薄膜層，留下記錄位點、導線和焊盤的金屬導電層圖形，以形成金屬導電層（圖2B）；（3）采用等離子化學氣相沉積（PECVD）方法沉積氮化硅（Si3N4）絕緣層，利用第二塊掩膜版進行光刻顯影，對氮化硅進行等離子刻蝕，暴露出電極及焊盤，保留引線表面覆蓋的絕緣層，以形成氮化硅絕緣層（圖2C）；（4）利用第三塊掩膜版進行光刻顯影，通過深刻蝕形成硅針基底外形；通過濕法腐蝕去除SOI底層硅，使硅針以外的二氧化硅薄層下脫落，形成微電極陣列針體（圖2D）。電極針體通過壓焊工藝與尾端接口電路進行焊接封裝，形成完整的微電極陣列芯片。MEMS傳感探針整體，后端正方形焊盤通過壓焊連接到外部接口電路，與斬波放大接口電路進行匹配集成（圖3A為傳感探針的后端尾端焊盤），而尖端則修飾納米材料酶敏感膜為傳感探針的尖端檢測位點部分（圖3B為2個同樣的Pt鉑探針），以形成特異選擇性的生物識別點。該MEMS探針芯片在硅針基底上集成了電化學微電極陣列、電生理微電極陣列、引線、焊盤以及氮化硅絕緣層。其中，硅探針1（以棱形分布著通道1，2，3和4，為電生理信號檢測通道）淀積鉑黑納米材料，用于電生理信號檢測；而硅探針2（以棱形排部著通道1，2，3和4，為電化學信號檢測通道）則修飾PtmPDGluOx固定敏感復膜，用于神經化學遞質信號檢測。電生理和電化學位點距離盡量近，便于檢測微米范圍內同一腦區微環境的電生理/電化學信息。為了防止互相干擾，電極之間距離不能太近。探針前端可植入部分長8mm，探針體寬90μm，相鄰探針1與2的間隔是180μm，4個圓形檢測位點為一組，分布在每個硅探針尖端，圓形位點直徑12μm，形成具有高時空分辨率、生理與化學遞質信息互不干擾的微米級檢測精度的神經信息檢測雙探針。

2.2神經電生理檢測位點鉑納米顆粒

為了提高微弱神經信號的檢測靈敏度，在MEMS探針表面修飾納米材料，其納米結構能夠有效增大比表面積[8]，以加快表面的電子轉運，提高電流響應靈敏度。電化學鉑沉積使用陰極沉積機制，在基體電極上直接外延生長納米鉑顆粒層，鉑黑的電沉積鍍液使用H2PtCl4，再加少量硝酸鉛、醋酸鉛，鉛離子均勻化鉑鍍層晶粒，同時減少析出的氫的數量，提高了沉積電流效率。通過改變沉積電壓及時間，可以形成多種不同形貌的電極表面。沉積電位電位過小不會發生氧化還原反應，電位過大則會引起顆粒簇集問題；沉積時間會影響鉑黑層的致密均勻性與厚度，沉積具體操作為：將45mmol/L氯鉑酸和4.0mmol/L醋酸鉛溶液按體積比1〖KG-3∶〖KG-51配制成電解液，取15mL備用。實驗采用兩電極體系，將需要電鍍的4個位點與電化學工作站工作電極相連，電生理檢測的鉑絲電極與工作站的對電極（與參比電極短接）相連。將鉑絲電極和電極尖端浸入電解液中，在

.1V恒電位下沉積1min，電鍍結束后，用去離子水洗掉電極表面的殘留離子，即得到疏松的鉑黑顆粒薄層。在1kHz處，對修飾后的微電極表面進行電化學阻抗掃描，修飾后的電極阻抗約為34.0kΩ，比未修飾納米材料的裸電極阻抗下降了一個數量級。圖4A為探針修飾鉑黑納米后的表面掃描電子顯微鏡（Scanningelectronmicroscope，SEM）照片，圖4B為化學遞質探針尖端表面的鉑黑形貌，顯示出明顯的黑色顆粒層。

2.3電化學檢測位點選擇性酶膜修飾

制備的MEMS鉑探針電極表面固定的谷氨酸氧化酶（LGlutamateoxidase，GluOx）可氧化為谷氨酸，生成氨、H2O2和α酮戊二酸，通過間接測量H2O2發生氧化還原反應的產生電流，再進行電流與谷氨酸濃度的換算，即可得到谷氨酸濃度變化曲線。如圖5所示，本研究使用交聯法酶固定技術，并加入牛血清蛋白BSA惰性蛋白質作為基質，以防止酶分子交聯過程中因密度過大可能導致酶活性中心不能接近底物問題。

在谷氨酸檢測位點上固定PtmPDGluOx復膜結構，其中沉積的間苯二胺（1，3Phenylenediamine，mPD）層可與酶層形成有效大分子過濾抗干擾層，阻止尺寸比較大的分子（抗壞血酸AA、多巴胺DA、3/4二羥基苯乙酸DOPAC）通過，而小分子（H2O2等）則可以穿過，膜層接觸電極表面發生反應，生成牢固的復膜結構，即形成有效的谷氨酸神經化學遞質識別位點。修飾好的電極在室溫固化后，形成的酶層穩固性極佳，用水進行沖洗不會脫落。通過對3個電化學位點進行谷氨酸標準溶液標定，在PBS緩沖液中，+0.7V電位作用下，神經化學遞質檢測電極mPDGluOx微電極對6～35μmol/L不同濃度谷氨酸進行標定，結果顯示線性度為0.98，單位面積靈敏度為0.0069pA/μmol，電流響應誤差低于3.0pA，線性相關系數（R）為0.97；如圖6A所示，mPDGluOx微電極響應電流隨谷氨酸濃度的增加而增大；如圖6B所示，谷氨酸在電極表面氧化電流與濃度呈線性關系，靈敏度為24.6pA/（μmol/L）。證明設計的電化學檢測探針可以實現特異性選擇功能。實驗結果表明，微電極位點一致性良好、電化學性能可靠，化學遞質檢測硅針2上以棱形分布著通道5，6，7和8，可用于化學遞質谷氨酸的檢測。

2.4MEMS傳感后端信號處理集成單芯片制備

如圖7所示，神經電生理傳感后端信號處理集成單芯片包括：帶寬/增益可調的低噪聲神經電（動作/局部場電位）微弱信號斬波穩定放大器、SARADC與ASK/FSK調制的射頻發射器。傳感后端的小信號放大器進行前端傳感器感知的微弱神經電生理信號的放大與直流失調/低頻閃爍噪聲的抑制，然后送到低功耗中速SARADC模塊進行模擬到數字信號的轉換，最終SARADC輸出的數字信號被數字編碼器模塊進行無線信道傳輸編碼并打包成幀，然后幀碼流對射頻電路物理層進行基于ISM（Industrialscientificmedical）2.4GHz波段的射頻上頻譜調制，最終經過天線輻射到遠處接收基站。芯片能耗進行了降低優化，以提高設備續航時間。本研究設計的傳感后端數模混合信號調理單芯片，具有神經電傳感后端處理的普適應用價值，構建了可穿戴場合應用的微型神經信號采集與無線傳輸設備。該模塊可以集成到生物智能檢測手持終端設備，以構建智慧神經電傳感檢測設備。

2.4.1神經電生理信號的斬波穩定放大使用調制/解調斬波去噪技術[9]，開發了具有普適應用價值的神經電生理電壓信號斬波小信號放大電路。斬波穩定電路利用紋波抑制環路消除位于單級放大器輸出端的紋波電壓，以避免紋波電壓導致后續電路的飽和問題[10]。斬波電路使用正反饋環路技術以提高輸入阻抗，提高后端斬波放大器與傳感器的分壓比，并且負反饋環路用于穩定中頻增益。斬波放大器主體核后級聯的基于采樣/保持原理的部分用于消除由于非理想的MOS開關引起的毛刺噪聲，并且斬波放大系統的增益/帶寬可以用數字方式進行調整。斬波放大電路基于功耗節省效率提高的電流復用單級放大主體核，并且放大主體單級核增益足夠大，有利于抑制后續電路噪聲[11]。設計的斬波放大電路，配合雙模并行SOIMEMS神經信息檢測器件，進行了放大電路關鍵指標的測試：等效輸入噪聲電壓≤0.7μVrms（rootmeansquare）、數字可調增益范圍71～82dB（4200～11200倍）、功耗是8.0μW/單通道、共模抑制比>110dB、電源抑制比>100dB等。

2.4.2SARADC模/數轉換SARADC電路采用多級放大器級聯自動歸零去噪聲、鎖存去回踢噪聲、最高位MSB電容拆分、電容陣列失配消除等技術，研發了一款轉換速度適中的SARADC核，其關鍵參數是：等效量化位數（Effectivenumberofbits，ENOB）為12bits，當最大轉換速度為1Msps時，芯片功耗為1.2mW，最大轉換速度為1Msps，信噪比SNR為60.9dB、無雜散動態范圍（Spuriousnoisefreedynamicrange，SFDR）為73.7dB。SARADC使用了深N阱工藝，并且SAR數字控制部分進行單獨隔離，防止數字抖動對模擬部分的干擾。最后，對流片后的ADC模塊進行測試。結果表明，SARADC可完成放大后模擬神經電壓的數字轉換。

2.4.3ASK/FSK調制的射頻發射利用直接上變頻的ASK/FSK調制的射頻電路結構，主要模塊包括基于鎖相環的頻率綜合器（Phaselockedloopfrequencysynthesizer，PLLFS）與E類的功率放大器（Etypepoweramplifier，PA）。設計的神經電可穿戴設備的感知節點需要布置在人體頭部表面，需要使用電池供電；考慮系統復雜度與硬件成本，低功耗、高速率、高集成度是射頻電路設計的目標。VCO（Voltagecontroloscillator）通過頻率控制字進行頻帶的選擇；此外，分頻字進行分頻器分頻比的控制。PAE的輸出功率通過功率控制字進行PAE輸出幅度的控制，具有頻譜純凈、易于集成、功耗低等特點。FSK調制通過關斷鎖相環內的開環VCO電容陣列，VCO的變容管電容隨著控制電壓改變而改變，進而改變輸出信號的頻率與相位。VCO通過增加電容陣列的數目來擴大VCO的調頻范圍，從而避免控制電壓控制變容器引起的非線性問題。

2.4.4集成后的傳感芯片系統、與商用設備&舊系統的對比本研究研發的神經電生理（動作/場電位）信號采集傳感后端IC芯片與前端神經電生理探針匹配后集成，具有很小的體積，可以構建微型可穿戴神經檢測設備[12]。與商用的Cerebus公司多通道神經電生理信號記錄系統進行比較，此多通道神經電檢測儀器對電生理信號檢測的準確度為95%。由于本電路模塊高度集成化，可用于構建神經信息可穿戴微型終端，并且芯片內部對數字邏輯部分進行基于單獨隔離環的保護，以及利用深N阱工藝，以降低電路內部噪聲。此傳感芯片系統體積大大減小，具有便攜可穿戴實際應用價值。

3實驗部分

3.1實驗動物、儀器與試劑

實驗動物：健康野生型小鼠；實驗試劑：0.9%生理鹽水（石家莊四藥公司），0.7%烏拉坦（國藥集團化學試劑有限公司）；實驗儀器：腦立體定位儀，液壓微推進器，BSA124S型電子天平（德國賽多利斯公司）；MWD20型超純水器（美誠公司，中國）；數據分析軟件：OfflineSorter動作電位分類軟件（PlexonInC.美國）、NeuroExplorer神經信息分析軟件（NexTechnologies，美國）。

3.2實驗方法

對麻醉小鼠進行0.75%戊巴比妥鈉腹腔注射，去掉頭皮后在小鼠顱骨上開1.5mm×1.5mm窗口，并挑破電極進入處的硬神經膜。電極植入時通過大神經皮層進入海馬區域，水平定位是（ML：2.01mm，AP：2.04mm）。將微電極陣列垂直固定在微推進器上，通過液壓推進器以1.1μm/s的速度緩慢勻速推進微電極，分別到達3個植入深度后暫停120s，等待電流穩定后繼續勻速推進。整個實驗過程中電極尖端垂直行程為2.2mm，并停留記錄在4個不同深度處，包含皮層到海馬區不同深度的神經區結構。采用Ag|AgCl絲植入到小鼠神經皮層作為電化學參比電極（AP：2.0mm，ML：

2.01mm，DV：

.01mm）。MEA上的一個電化學位點連接Gamry電化學工作站，采用計時電流法檢測神經內化學遞質谷氨酸，施加恒電位+0.70V，采樣頻率為2Hz（采樣間隔為0.50s）。

4結果與討論

4.1皮層至海馬區谷氨酸濃度變化

本實驗電極覆蓋皮層到海馬區不同腦區深度的4個停留記錄位置如圖8所示。電極由皮層植入海馬區過程中，使用計時電流法實時記錄電流變化[13]，并從立體定位儀上讀取植入深度Z（圖8）。

在植入初期，電極在皮層表面Z=0.20mm處停留足夠長時間（90s），直至電流穩定在約15.19pA。圖9A顯示400s內電極由皮層（Z=0.70mm）植入到海馬區（Z=1.80mm）過程中的電流變化，電極在每個標定深度處停留約40s，并在下降過程中保持勻速。植入過程中電流曲線出現兩個明顯的濃度臺階，說明谷氨酸在不同神經區分布的自然濃度差異。圖9B顯示4個不同深度神經區對應的谷氨酸濃度

變化趨勢。為了減小計時電流法中非法拉第電流的影響，取Z=0.20mm處最后10s的掃描電流均值為神經顱內‘0′谷氨酸濃度對應的基底電流，電極穩定在某一具體深度后，計算氧化電流均值與該基底電流的差值，通過標定曲線靈敏度換算為該深度神經區的谷氨酸濃度。深度1對應神經區位于視覺皮層，谷氨酸濃度分別為（35.50±0.03）μmol/L、（37.80±0.27）μmol/L。深度3對應神經區位于海馬CA1區，谷氨酸濃度分別為（84.50±0.31）μmol/L。深度4處的濃度谷值分別對應皮層與CA1區、CA1區與齒狀回交接處的神經區。

4.2皮層至海馬區電生理信號分析

利用OfflineSorter軟件聚類分析記錄到的神經動作電位（Spikes），得到單神經元的放電序列。圖10A顯示了神經皮層區和海馬區典型通道1和3記錄到的電生理信號。4個通道在皮層區記錄到5種典型Spike，第3通道同時檢測到兩種不同類型的動作電位；而4個通道在海馬區記錄到3種典型Spike，其中第4通道同時檢測到兩種不同的動作電位。記錄到的皮層區動作電位發放頻率均值為2.10～10.67spikes/s，遠大于海馬區動作電位發放頻率均值0.03～0.15spikes/s。目前，傳統微透析法檢測的海馬區谷氨酸濃度為110～200μmol/L，略高于此微探針電極測量結果。神經電生理實驗表明，該微電極上的多測量點可同時記錄神經元不同層次的場電位[14]，并很好地記錄單個神經元的胞外神經動作Spike電位。微電極記錄的皮層動作電位波形種類、發放頻率均大于海馬區細胞發放水平，說明皮層細胞活躍性和通訊復雜度大于海馬區。對海馬區的神經電生理記錄中，現有文獻報道采用膜片鉗記錄到的海馬神經元自發放電主要分為5種類型，分別為不規則發放型、單波規則發放型、緊張發放型、陣發排放型及周期排放型[15]，圖10B為通道1記錄到的同一種放電波形具有錐體細胞的簇狀放電特性。

5結論

針對在體神經信息檢測的實際需求，使用SOI襯底的MEMS技術制備了一種雙通道植入式神經信息檢測8通道微電極陣列芯片。此芯片在硅針基底上集成了鉑金電化學微電極、電生理微電極、焊盤與引線等。采用納米修飾、酶固定技術分別進行電生理位點、谷氨酸檢測位點定向修飾。鉑黑修飾后電生理檢測位點阻抗比裸電極下降了一個數量級；谷氨酸位點在標準谷氨酸溶液內的線性度與單位面積靈敏度、反應時間、選擇性均滿足要求。基于研發的微電極陣列芯片對皮層至海馬區的神經電生理與谷氨酸在體雙模檢測，實時測量到從皮層至海馬區的谷氨酸動態釋放和神經動作Spike發放，驗證了植入式微電極陣列可實現谷氨酸遞質、動作電位和場電位的并行在體檢測，可為皮層到海馬區神經通路的研究提供有效的MEMS植入神經傳感探針。此外，基于傳感后端處理芯片（斬波穩定神經電生理小信號放大、SARADC模數轉換、編碼器與射頻發射）構建了一款低噪聲低功耗的微型神經電生理信息可穿戴設備。

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AbstractA8channelneuralsignal′ssimultaneoustransducerdetectionmicrosystemwasdevelopedtoresearchtheneurallooplocatedatthebrainhippocampuszone.ThecomponentsofthesystemcontainedtheneuralprobemanufacturedwiththeMicroelectromechanicalsystems（MEMS）techniquebasedonsilicononinsulator（SOI）substrate，biologicallownoisechopperstabilizationamplifier，lownoiseandintermediatespeedSARADCconverter，reducedandlowpowerASK/FSKmodulationradiotransmitter.Themicrosystemwasapplicablewiththecharactersofsmallvolume，interferencesfree，neuralelectrophysiologyandneurotransmittersimultaneousdetection，highsensitivity，highlinearity，etc.Theelectroderesistancewasoptimizedto35.0kΩafterdepositingnanometerplatinumblackonthe4electrophysiologicalsitesonthePtelectrode.Withthemodificationenzymetechnique，nanomaterialenzymemembrane（PtmPDGluOx）wasdirectlyfixedontheglutamatedetectionlocusforselectivelydetectingspecialneuralneurotransmittermatter.Inaddition，theelectrochemistrymeasurementresultsindicatedthatthelinearrangeofglutamatewas6-35μmol/Lwithcorrelationcoefficientof0.97，thesensitivitywas0.0069pA/（μmol/L）.Thecurrentresponseerrorwaslessthan3.0pA，whichshowedthattheneuralneedlesatisfieddifferentialselection.Also，thelogic/analogmixedsignal180nmApplicationspecificintegratedcircuit（ASIC）technique（SmicRF180nm1Poly6M）wasusedtomanufacturethetransducerbackenddisposingICchip，andthetestresultsprovidedsomekeyparameterssuchaschopperstabilizationamplifier（equivalentinputtingnoisevoltage≤0.7μVrms@1kHz，gainof71-82dB，CMRR/PSRR>100dB），SARADC（ENOBis12bits，powerconsumptionis1.2mWwhenmaxmiumconversionspeedis1Msps，signalnoiseratiois60.9dB，etc），andASK/FSKmodulationradiotransmitter（thePA′soutputtingpowerof4-5dBm，theradiationrangeof10meters）.Themicroneuraltransducerintegratedsystemwasconvenientandwirelesswearablefortheresearchofbrainhippocampusregion.

KeywordsNeuralloop；Neuralimplantableneedle；Lownoiseandlowpowerintegrationsinglechip；Biologicalwearabledevice

（Received19December2016；accepted14February2017）

ThisworkwassupportedbytheNationalNaturalScienceFoundationofChina（Nos.61527815，31500800，61501426，61471342）andtheNationalBasicResearchProgramofChina（No.2014CB744600）