基于光纤的多记录点透明光电极制造技术

一种基于光纤的多记录点透明光电极结构，包括：一多模光纤，该多模光纤包括纤芯、包层和保护层；一柔性电极，该柔性电极的中间有一小孔，该柔性电极的小孔对准多模光纤的纤芯，并包裹住多模光纤。本发明专利技术所形成的结构解决了目前光刺激位置与记录点不同步的问题，同时解决了光纤电极记录点限制以及柔性电极植入难的问题。并兼有光刺激较高的刺激精度和柔性电极生物相容性好可长期记录的特性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及微加工技术、光纤通信及生物信号检测等相关
，具体涉及一种基于光纤的多记录点透明光电极。
技术介绍
电极是获取神经电信号从而进行神经电生理，神经性疾病治疗以及脑科学研究的重要手段。电极可记录神经元电发放，也可刺激影响神经元的电活动。目前刺激有电刺激和光刺激，光刺激基于光遗传的生物技术，相比于电刺激有更高的空间分辨率并且可以在刺激的同时进行电记录。目前最常用的光电极结构是将金属丝粘附在光纤上，电极结构简单，但光纤出光位置与金属丝记录点的距离往往较大，这导致需要较大的光功率才能激活记录点附近的神经元。同时手工操作可粘的金属丝数量有限，限制了光电极的记录范围。且硬质的金属丝电极与柔软的生物组织机械失配，会导致较强的免疫反应，不利于长期记录。相比于这种电极结构，如何设计一种新的电极结构，做到刺激位置与记录位置的同步是目前面临的重大挑战之一。同时植入式电极能够长期工作一直是电极发展追逐的目标。相比于金属丝等硬质材料，柔性材料在电极记录长期性上是目前最佳的选择之一。但柔性电极柔软的特性也带来难植入的问题。目前有用硬质材料辅助植入，植入后将材料取出，这样辅助植入的部分并不发挥功能性作用。针对上述问题提出了一种基于光纤的多记录点透明光电极的结构。该结构将透明柔性电极包裹于光纤外侧，光纤作为光波导同时扮演辅助柔性电极植入的角色。通过设计柔性电极，使多个记录点位于光纤出光孔或出光面上，减小了光刺激与电记录点的距离同时记录到光刺激区域更大范围的细胞。所选取的柔性材料较好的透光性减少了电极对光的吸收，较好的生物相容性也有利于电极的长期记录。
技术实现思路
针对目前光纤出光位置与电极记录位置不同步以及普通光电极对记录点个数的限制，本专利技术的主要目的在于提供一种基于光纤的多记录点透明光电极结构。将光纤腐蚀变尖减少植入损伤，光纤外测包裹一层柔性电极，在光纤的发光区域排布多个记录点。该结构结合了硬质光纤的光刺激与软质透明柔性电极的电记录，使刺激位置与记录位置同步。同时电极排布多个记录点可以记录到刺激区域更大范围的细胞。并由于柔性材料生物相容性好及与生物组织机械匹配从而可以实现长期记录。为达到上述目的，本专利技术提供一种基于光纤的多记录点透明光电极结构，包括：一多模光纤，该多模光纤包括纤芯、包层和保护层；一柔性电极，该柔性电极的中间有一小孔，该柔性电极的小孔对准多模光纤的纤芯，并包裹住多模光纤。本专利技术还提供一种如前所述的基于光纤的多记录点透明光电极结构的制备方法，包括如下步骤：步骤1：将一多模光纤的端面处理，将多模光纤切到所需的长度，该多模光纤包括纤芯、包层和保护层；步骤2：采用49％的氢氟酸溶液，腐蚀多模光纤的端部，使多模光纤的纤芯形成锥状；步骤3：去掉保护层；步骤4：用标准的硅片做衬底，在其上沉积一层聚对二甲苯作为下绝缘层；步骤5：在下绝缘层上靠近中间的位置两侧制作记录点，及在下绝缘层上的两侧制作电极压焊点；步骤6：在下绝缘层的上面沉积一层聚对二甲苯作为上绝缘层，形成“三明治”结构，形成左右对称的柔性电极；步骤7：在柔性电极的中间制作一小孔；步骤8：将多模光纤的纤芯插入柔性电极的小孔中，将柔性电极对折，使其包裹住多模光纤，完成制备。从上述技术方案可以看出，本专利技术采用的是将透明柔性电极和光纤组合在一起。腐蚀光纤的方法简单易行并能保证较好的一致性。最后使用调节架装配保证实验较好的重复性。所形成的结构解决了目前光刺激位置与记录点不同步的问题，同时解决了光纤电极记录点限制以及柔性电极植入难的问题。并兼有光刺激较高的刺激精度和柔性电极生物相容性好可长期记录的特性。同时为多种结构的设计提供了很好的思路。在大量的试验中表明，本专利技术形成的透明光电极结构测试效果良好。附图说明为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本专利技术进一步详细说明如后，其中：图1是本专利技术中使用的光纤结构示意图；图2是本专利技术的柔性电极示意图；图3是装配的结构示意图；图4是本专利技术的制备流程图。具体实施方式请参阅图1-图3所示，本专利技术提供一种基于光纤的多记录点透明光电极结构，包括：一多模光纤1，该多模光纤1包括纤芯11、包层12和保护层13，该多模光纤1的纤芯11为锥状，并去掉保护层13。锥状结构，有利于减小电极植入的损伤，保证电极记录点附近细胞的存活率，使电极实现有效的刺激和记录；一柔性电极2，该柔性电极2的中间有一小孔23，该柔性电极2的小孔23对准多模光纤1的纤芯11，并包裹住多模光纤1，该柔性电极2为条状，为左右对称的结构，中间的小孔23为装配纤芯11的预留孔，小孔23的两侧为记录点21，该柔性电极2的两端为电极压焊点22。制作材料选择成膜以后为透明色且生物相容性较好的聚合物材料，如聚对二甲苯等，进而保证光可以透过柔性电极2激活附近的神经元以及电极的长期工作。其中该多模光纤1与对应的柔性电极2通过速干胶水将柔性电极2包裹于多模光纤1外侧，使柔性电极记录点21位于多模光纤1的纤芯11尖端处，从而减小被光激活的神经元与记录点21的距离，实现光刺激与电记录的同步，减少光刺激功率从而减少光刺激损伤。其中柔性电极2与多模光纤1之间采用紫外胶粘合在一起，紫外胶速干胶的选择要保证低的毒性和高的生物相容性。请参阅图4，并结合参阅图1-图3所示，本专利技术还提供一种基于光纤的多记录点透明光电极结构的制备方法，包括如下步骤：步骤1：将一多模光纤1的端面处理，将多模光纤1切到所需的长度，该多模光纤1包括纤芯11、包层12和保护层13。纤芯11的直径为62.5μm，包层12的直径为125μm，保护层13的直径为250μm；步骤2：采用49％的氢氟酸溶液，腐蚀多模光纤1的端部，使多模光纤1的纤芯11形成锥状。通过腐蚀时间的长短控制锥角的角度，腐蚀时间越长，锥角的角度越小。角度的不同会影响出光路径的变化。选择腐蚀时间为1h30min时，锥角的角度约为20°。为防止氢氟酸挥发影响实验环境以及减少多模光纤1不必要的腐蚀，在氢氟酸的表面加入厚度为2mm的封闭液，如异辛烷或甲苯，有机层也会挥发聚拢，为在腐蚀时间内都能完全封闭氢氟酸，需保证足够的厚度。光纤端面需伸长到有机层下的氢氟酸液中才能够被腐蚀，当纤芯11和包层12被腐蚀到伸出氢氟酸液进入有机层后，腐蚀将自动停止；步骤3：去掉保护层13。保护层13的剥离可以使用剥线钳，并选择合适的剥线孔径。保证植入深度范围内的保护层13全部去掉，确保电极的光滑。与提前去掉保护层的方法相比，用该种方法制得的光纤腐蚀后的效果可以保持较好的一致性。有效避免了氢氟酸挥发造成的不光滑和形状的不可控，一方面植入损伤变小，另一方面光纤腐蚀效果的稳定性奠定了整个电极一致性的基础；步骤4：用标准的硅片做衬底，在其上沉积一层聚对二甲苯作为下绝缘层。采用标准的清洗流程清洗硅片保证硅片的清洁平整，利用聚对二甲苯专用CVD沉积设备沉积，通过控制原料的量控制膜厚，保证良好的绝缘性和耐久性选择膜厚为10μm，沉积完成后为提高对二甲苯作下绝缘层与后续膜层的粘附性，进行短时RIE处理，形成凹凸不平的“纳米森林”结构；步骤5：在下绝缘层上靠近中间的位置两侧制作记录点21，及在下绝缘层上的两侧制作电极压焊点22，该记录点21的直径小于25μm，从而能够记录本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于光纤的多记录点透明光电极结构，包括：一多模光纤，该多模光纤包括纤芯、包层和保护层；一柔性电极，该柔性电极的中间有一小孔，该柔性电极的小孔对准多模光纤的纤芯，并包裹住多模光纤。

【技术特征摘要】
1.一种基于光纤的多记录点透明光电极结构，包括：一多模光纤，该多模光纤包括纤芯、包层和保护层；一柔性电极，该柔性电极的中间有一小孔，该柔性电极的小孔对准多模光纤的纤芯，并包裹住多模光纤。2.根据权利要求1所述的基于光纤的多记录点透明光电极结构，其中多模光纤的纤芯为锥状，并去掉保护层。3.根据权利要求1所述的基于光纤的多记录点透明光电极结构，其中柔性电极为条状，为左右对称的结构，中间的小孔为装配纤芯的预留孔，小孔的两侧为记录点，该柔性电极的两端为电极压焊点。4.根据权利要求1所述的基于光纤的多记录点透明光电极结构，其中多模光纤与对应的柔性电极通过速干胶水将柔性电极包裹于多模光纤外侧，使柔性电极记录点位于多模光纤的纤芯尖端处。5.根据权利要求1所述的基于光纤的多记录点透明光电极结构，其中柔性电极与多模光纤之间采用紫外胶粘合在一起。6.一种如权利要求1所述的基于光纤的多记录点透明光电极结构的制备方法，包括如下步...

【专利技术属性】
技术研发人员：裴为华，解宇星，邢潇，陈弘达，
申请(专利权)人：中国科学院半导体研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11