开题报告
文献综述
- 引言
如今，微电子技术的飞速发展,极大促进了生命科学的研究。其中，微电子技术与神经科学的交叉发展，产生了一个跨学科研究领域——神经电子工程。国际上开展了非常广泛的研究、在生物体神经损伤修复研究领域，周围神经束可以通过再生完成自我修复，但是中枢神经束一旦损伤，使用现有的医疗技术恢复效果很不理想。
而生物电子学自20世纪50年代诞生以来，特别是自集成电路发明以来，它始终保持着高速发展的势头。随着集成电路集成度的提高和超大规模集成电路的发展接近极限，元件尺寸将达到纳米级，相当于分子的尺寸，由此人们提出以分子作为芯片上最小单元的设想，这就是分子电子学的由来，也标志着电子学的研究已进入分子电子学时代。人们提出以分子作为芯片，所用的分子,可以是有机化合物低分子、高分子和生物分子。它们具有识别、采集、记忆、放大、开关、传导等功能,更适合电子学的要求，由此促进了生物电子学的崛起。近几十年来,生物电子学的研究领域不断拓宽，已经展示出广阔的应用前景。
生物医学电子学是一门由生物、医学、电子学和工程等多学科交叉的边缘科学，它综合地运用电子学和工程科学的理论和方法，深入研究生物和人体各种结构、功能及其相互之间的关系，以解决生物学、医学、生命科学、电子学和工程科学中的有关问题。从20世纪50年代作为一门学科出现以来，生物医学电子学已经取得了非常惊人的成就，并且得到了越来越多国家的重视。
生物医学电子学中的植入式电子系统是一种埋植在人体或生物体内的电子设备，它用来测量生命体内的生理、生化参数的变化，或用来诊断与治疗一些疾病，即实现在生命体自然状态下体内直接测量和控制功能或者代替功能残缺的器官。随着高可靠性、低功率集成电路的发展，植入式电子系统的能源供给方式的多样化，无毒性生物相容性等性能优良的生物材料研究的深入，以及显微外科手术水平的不断提高，使得植入式电子系统得到飞速的发展。关于植入式医疗电子设备能量供给的研究不断有令人振奋的新突破和新进展。充电电池技术上的进步促进了由体内充电电池供电的各种植入式医疗电子设备的发展； 高能量密度的锂聚合物电池和薄膜电池有可能成为未来植入式电池的首选；利用体内其他能量转换实现能量供给(如生物燃料电池、人体温差电池、利用生物体自身机械能以及直接从神经上提取电能等) 也在不断发展提升中。
- 原理概述
神经信号是一种电信号，其传导速度是极快，信号在神经上传递时表现为电位变化，但在胞体间传递时却有不同的介质。生物的神经系统之所以可以与电子信息系统实现关联，根本的原因是存在着生物电现象。当神经纤维某一点受到刺激，只要刺激强度达到某一阈值时，这一点在化学上就产生离子通透性变化，导致细胞膜电位发生变化。利用一个适当的电极采集该电位变化信号，就实现了神经信号的检测。
构思将神经信号探测和功能电激励通过可植入体内与中断的中枢神经接口的微电子装置相结合，实现中枢神经的有源（即具有信号放大和处理的）功能再生。即通过微电子系统为中断的中枢神经建立物理桥接，实现神经电信号的双向再生（上行感觉信号、下行运动信号均可通过微电子系统传导），从而实现中枢神经功能的重建。
国外有在生物领域用干细胞进行受损脊髓神经通道桥接的研究实例，有在医学领域用外周神经束桥接脊髓神经束的实验，有用微电子电路获取神经信号的研究实例，也有用微电子电路激励远端神经的研究实例，在此，我们希望将微电子系统与生物体神经系统相关联，以体内植入式微电子装置去探索损伤后的神经信道桥接。与单独的神经信号探测电路和功能电激励电路不同，微电子神经桥集成神经信号探测电路和神经功能电激励电路于一体，其目的是借助于可植入的微电子神经再生模块，代替中断的神经传导束，实现受损神经的信道桥接、信号再生和功能重建。
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