近日，东南大学生物科学与医学工程学院/数字医学工程全国重点实验室刘宏、赵超团队受邀参加在阿联酋阿布扎比举办的生物医疗电路与系统领域旗舰会议IEEE BioCAS 2025（IEEE Biomedical Circuits and Systems Conference），并作题为A Dual-Mode CMOS Microelectrode Array for Chemical and Electrical Neural Recording的口头报告。
当前高端脑机接口芯片主要来自美欧日韩企业，国内研究单位和企业只能得到低端芯片的有限供应，十五五规划也明确提出发展脑机接口相关技术。针对这一“卡脖子”问题，刘宏、赵超团队历时五年自主研发了该款基于CMOS工艺的微电极阵列（Microelectrode Array, MEA）脑机接口芯片，实现万级通量和双模态传感，作为高端脑机接口芯片的进口替代是加快我国脑科学基础研究和脑疾病诊疗研究的重要工具。
通过脑机接口技术揭示神经网络的信息交互机制不仅有助于理解脑功能和诊疗脑疾病，也为类脑计算与下一代人工智能提供重要启发。CMOS MEA由于具备高通量、高时空分辨率以及模拟/数字信号高效处理等优势，正成为脑机接口领域研究的重要工具。然而，双模态脑机接口传感电路需同时满足宽动态范围、高带宽与低输入参考噪声等严苛指标，设计难度极高，因此国际上具备高通量双模态传感能力的CMOS MEA报道很少。
针对上述挑战，刘宏、赵超团队提出并在单颗CMOS芯片上实现了基于连续时间/离散时间电流传感模块的双模态架构，分别面向神经网络化学信号与电信号的高保真采集与读出。芯片在2.3 × 3.5 mm²的传感区域内集成24,576个10 μm微电极，实现了高密度、大规模阵列集成；电流检测动态范围高达123 dB，可覆盖从微弱电生理信号到电化学信号的宽幅变化；电化学/电生理传感带宽分别达到70 kHz/5 kHz，兼顾快速化学事件捕获与神经放电记录；同时噪声密度低至2 fA/√Hz，为微弱神经电生理电流的记录提供了坚实保障。实验结果表明，该芯片在体外神经递质检测与神经元脉冲记录中均展现出优异性能与稳定表现。
该论文第一作者为东南大学生物科学与医学工程学院博士生徐静怡，刘宏教授和赵超副教授为共同通讯作者，至善博士后王莹菲博士参与该工作。该工作在国家重点研发计划、国家自然科学基金、江苏省基础研究重点项目、数字医学工程全国重点实验室青年人才专项、生命分析化学全国重点实验室开放课题、江苏省应用数学科学研究中心课题等资助下完成。
文章链接：https://ieeexplore.ieee.org/document/11327961
