随着神经科学和脑机接口技术的快速发展，如何在神经调控中实现高效、安全的神经刺激一直是科研和医疗领域的重点课题。近日，来自天津大学、北京工业大学、天津中医药大学、南方科技大学的研究人员合作设计出一款八通道高压神经刺激集成电路（IC），采用双相指数波形输出和电荷平衡，极大提升了神经刺激的效率和安全性。该研究作为Neuroelectronics期刊创刊号的第一篇文章发表，为神经调控和植入设备的进一步发展带来了新的契机。南方科技大学深港微电子学院余浩教授，北京工业大学电子科学与技术系刘旭副教授，天津大学自动化学院金彪教授为共同通讯作者。
在神经调控的应用中，刺激装置的效率和安全性一直是首要考虑的问题。最新设计的这款高压神经刺激芯片突破了传统技术瓶颈，具有30V高压输出，特别适用于高阻抗电极-组织界面，可为神经刺激提供足够的电荷输送。
为了确保长期使用的安全性，该芯片采用了创新的主动电荷平衡机制，通过精确控制每个刺激周期内的电荷传递，极大降低了残余电荷的积累风险，达到了每周期仅0.77%的残余电荷量。这意味着在进行长时间神经刺激时，能够有效减少对组织的损伤，保证患者安全。
功率效率的提升是本次设计的一大亮点。通过使用指数波形输出代替传统的恒流刺激模式，功率效率提高至98%，不仅减少了电能消耗，还有效控制了设备在工作过程中的热量散发，为未来的植入式设备开发奠定了坚实基础。
此外，这款芯片经过体外与体内实验的双重验证。在体外测试中，与不同的电极-组织界面模型进行了广泛的模拟实验，成功实现了低残余电荷的神经刺激。在体内实验中，通过对大鼠的迷走神经和坐骨神经进行刺激，观察到显著的肌肉收缩效果，证明了其在实际应用中的潜力。
随着技术的不断演进，低功耗、高效能、安全性高的神经调控芯片将为更多神经疾病治疗和增强领域带来突破性的进展。此次研究成果不仅为神经科学研究提供了重要工具，更有望在智能医疗设备领域开辟新篇章，让神经调控技术更好地服务于临床和康复治疗。
