背景介绍：
与传统的神经记录电极相比，有机电化学晶体管系统具有信号放大、高灵敏度、组织相容力学性能和低能耗等特性，能够以高信噪比获取特定信号。神经元通过电信号和神经递质信号这两种通信模式进行交流与互动，维持着各脑区的运作以及整个神经网络的互联。然而，现有技术只能通过单一设备记录神经电信号或神经化学信号,仅仅依赖单一类型的信号容易会导致生理信息失真。例如神经递质的化学浓度信号，蕴藏着对脑科学乃至临床医学的重要参考价值。
为解决这一问题，现有方法是在同一平面内集成多种传感器来监测不同的生物信号，尤其在复杂且高离子强度的生物环境中，集成式生物电子器件不可避免地会遇到多场耦合信号串扰的问题。因此，一种颇具前景的解决方案是开发一种神经电生理与神经递质化学双模态传感器，它能够在单个设备中高效监测并分离不同类型的生物信号，从而在减少设备密度的同时避免信号干扰。
创新点：
复旦大学宋恩名联合魏大程教授团队报道了一种植入式双频通道的神经接口器件阵列，该集成系统可有效用于神经电生理与神经递质化学信号的同步神经信号采集与解耦。
研究内容：
研究团队开发了一种具有双频通道有机电化学晶体管，能够实现对高维神经生理信号的高分辨率传感器内解耦，从而避免当前集成式生物电子器件中存在的信号串扰及潜在信息丢失问题。在该传感器内解耦有机电化学晶体管（ISD-OECT）中，有源层由具有导电网络的聚合物材料构成，其电导率可被神经电位和谷氨酸以不同的响应动力学所调控，从而形用于监测频率高于 45 Hz 的神经电信号的高频通道，以及一个用于追踪频率低于 5 Hz 的神经化学信号的低频通道（谷氨酸浓度）。
图1. ISD-OECT 的结构及工作原理。
研究团队将100个独立的ISD-OECT器件集成，形成能够同时监测神经电信号和化学信号的神经接口。借助马蹄形的几何结构，该器件能够直接贴附在小鼠大脑皮层表面，有效监测癫痫发作期间小鼠大脑皮层中谷氨酸浓度的升高以及异常神经电信号信号。
图2. 有机电化学晶体管表面修饰后对谷氨酸浓度的测试
更重要的是，癫痫波的振幅以及谷氨酸的浓度在更靠近癫痫病灶的位置处更高，从而可测得到更大的电流强度，基于此，可对癫痫病变区域进行高分辨率的动态定位，因此，ISD-OECT神经接口在神经疾病诊断和治疗中具有一定的应用前景。
图3. 在体动物实验癫痫病灶的时空共定位
小结：
本工作并提出了一种新型生物电子器件，该器件利用不同的频率响应通道来监测和解神经电信号和谷氨酸浓度信号，从而获得准确、可靠的生理信息。与其他双模态神经接口相比，ISD-OECT对谷氨酸的检测限低至 900 zM，为监测体内神经化学动态过程提供了出色的分辨率。凭借其自解耦能力、柔性、超薄厚度和生物相容性等优点，基于ISD-OECT的神经接口能够用于记录多维的大规模梯度神经活动信息，并实现对癫痫病灶的精确定位。