一种无源型柔性视网膜假体及其制备方法技术

本发明专利技术属于可植入生物电子器件相关技术领域，其公开了一种无源型柔性视网膜假体及其制备方法，所述视网膜假体包括柔性基底、设置在所述柔性基底上的第一封装层及设置在所述第一封装层远离所述柔性基底的表面上的功能层，所述功能层包括光吸收层，所述光吸收层的组成材料掺杂有硅纳米颗粒；所述柔性基底或者所述功能层形成有亚微米级微孔阵列结构。本发明专利技术利用光吸收能力良好的微孔结构及硅纳米颗粒的表面等离子体激发效应来提高光吸收率及光电转换效率，灵活性较好，适用性较强。

A passive flexible retinal prosthesis and its preparation method

【技术实现步骤摘要】
一种无源型柔性视网膜假体及其制备方法
本专利技术属于可植入生物电子器件相关
，更具体地，涉及一种无源型柔性视网膜假体及其制备方法。
技术介绍
人类从周围环境获取信息时，90％的信息是通过眼睛获取的，但是视网膜病变或者视网膜退化导致的失明，如色素性视网膜炎(retinitispigmentosa，RP)和黄斑退化(age-relatedmaculardegeneration，AMD)，一般无法通过药物与外科手术治疗。视网膜退化或者感光细胞病变导致的失明不会影响视网膜神经节细胞通过视觉通路传递信号，因此可植入人工视网膜刺激神经细胞以恢复部分视觉能力。其中，根据刺激电极的植入位置不同，人工视网膜主要分为两种：一种是视网膜上假体(epiretinalprosthesis)，一般为有源型器件，包括植入设备(电极阵列、电池和无线天线等)和外部设备(含有内置摄像头、无线电发射器和视频处理单元)，外部设备将视觉信息解析为电信号并无线传输给植入电极阵列，进而直接刺激神经节细胞；另一种是视网膜下假体(subretinalprosthesis)，假体置于色素上皮层与视网膜感觉层之间，电刺激信号要经过双极细胞(bipolarcells)再传输给神经节细胞。视网膜下假体可分为有源型和无源型。通常，有源型下假体包括图像采集处理装置、数据及能量传输部分以及电极控制器等。近年来，德国视网膜下假体“Alpha-IMS”电极阵列芯片在临床上已经证明了失明患者可以重获部分视力，但是有源型设备需要外接供能单元和无线传输控制，设备复杂，电极密度低，且存在信号串扰、产热较多、封装困难、手术难度高等问题。无源型下假体无需上述复杂结构，一般利用微型光电二极管阵列(micro-photodiodearray，MPDA)来替代感光细胞，直接将光信号转化为电信号并刺激视网膜神经节细胞，具有设备简单、成本低、稳定性高等优势，被视为人造视网膜的理想解决方案。但是，目前的无源型视网膜器件面临光电转换效率低、分辨率低、日光下难以达到神经细胞刺激阈值、视网膜假体寿命短等问题。相应地，本领域存在着发展一种光电转换效率较高的无源型柔性视网膜假体及其制备方法的技术需求。
技术实现思路
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术提供了一种无源型柔性视网膜假体及其制备方法，其基于现有视网膜假体的工作特点，研究及设计了一种光电转换效率较好的无源型柔性视网膜假体及其制备方法。所述视网膜假体将亚微米微孔阵列结构引入到基底层或者功能层，并在光吸收层掺杂硅纳米颗粒，利用光吸收能力良好的微孔阵列结构和硅纳米颗粒的表面等离子体激发效应来提高光吸收率与光电转换效率，并首次将光电转换能力较强的钙钛矿材料作为光吸收层，在一定程度上解决了目前视网膜假体光电转换效率低的难题。为实现上述目的，按照本专利技术的一个方面，提供了一种无源型柔性视网膜假体，所述视网膜假体包括柔性基底、设置在所述柔性基底上的第一封装层及设置在所述第一封装层远离所述柔性基底的表面上的功能层；所述功能层包括光吸收层，所述光吸收层的组成材料掺杂有硅纳米颗粒；所述柔性基底或者所述功能层形成有亚微米级微孔阵列结构，由此所述视网膜假体利用微孔阵列结构和硅纳米颗粒来提高光吸收率与光电转换效率。进一步地，所述硅纳米颗粒的直径约为10nm～20nm；所述亚微米级微孔阵列结构呈蜂窝状排列。进一步地，所述第一封装层为叠层结构，其包括柔性透明有机层及两个分别设置在所述柔性透明有机层相背的两侧上的Al2O3膜、SixNy膜或SiO2膜。进一步地，所述功能层包括设置在所述第一封装层上的阴极层、设置在所述阴极层上的电子传输层、设置在所述电子传输层(3)上的所述光吸收层、设置在所述光吸收层上的空穴传输层及设置在所述空穴传输层上的阳极层；所述光吸收层为钙钛矿层；或者，所述功能层包括设置在所述第一封装层上的阳极层、设置在所述阳极层上的空穴传输层、设置在所述空穴传输层上的所述光吸收层、设置在所述光吸收层上的电子传输层及设置在所述电子传输层上的阴极层；或者，所述功能层包括设置在所述第一封装层上的阳极层、设置在所述阳极层上的所述光吸收层及设置在所述光吸收层上的阴极层；其中，所述柔性基底的材质为以下材料中的一种或者几种的组合：二甲基硅氧烷、聚氨酯、聚对二甲苯、聚酰亚胺、聚甲基丙烯酸甲酯及蚕丝蛋白；所述阳极层的材质为以下材料中的一种：ITO、FTO、AZO；所述阴极层的材质为以下材料中的一种：金、银、铝、钛及碳；所述空穴传输层的材质为以下材料中的一种：聚(3,4-乙烯二氧噻吩):聚苯乙烯磺酸、聚-3已基噻吩、氧化钼、N,N'-二苯基-N,N'-(1-萘基)-1,1'-联苯-4,4'-二胺及氧化镍；所述电子传输层(3)的材质为以下材料中的一种：氧化锌、二氧化钛、二氧化锡及[6,6]-苯基-C61-丁酸异甲酯。进一步地，所述功能层的厚度为300nm～600nm。进一步地，所述假体还包括第二封装层，所述第二封装层设置在所述功能层上；所述第二封装层为柔性透明有机层。进一步地，所述功能层包括电极层，所述电极层的电极呈中间密集、四周疏松的形式分布。按照本专利技术的另一个方面，提供了一种如上所述的无源型柔性视网膜假体的制备方法，该制备方法包括以下步骤：先制备柔性基底，再在所述柔性基底上制备第一封装层；接着，在所述第一封装层上制备功能层；最后，在功能层上制备第二封装层，由此得到所述视网膜假体。进一步地，所述功能层的阴极层是采用电流体喷印方式制备而成的。进一步地，电流体喷印的参数为：喷嘴距离基板高度为300～500μm，喷嘴直径为30～100μm，脉冲电压偏置为400～600V，幅值为1500～1700V，电压频率为10～20Hz，电压占空比为20％～40％，基板移动速度为3～5mm/s。总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案与现有技术相比，本专利技术提供的无源型柔性视网膜假体及其制备方法主要具有以下有益效果：1.所述光吸收层的组成材料掺杂有硅纳米颗粒；所述柔性基底或者所述功能层形成有亚微米级微孔阵列结构，利用光吸收能力良好的微孔结构和硅纳米颗粒的表面等离子体激发效应来提高光吸收率与光电转换效率，在一定程度上解决了目前视网膜假体光电转换效率低的难题，降低了成本，稳定性较好。2.所述光吸收层为钙钛矿层，钙钛矿材料相比其他光电材料具有成本低、禁带宽度可调、电荷迁移率高、光吸收系数大、光电转化效率高等突出优势，利用钙钛矿优异的光电转换效率和高速光响应能力，视网膜假体的性能可大幅提升，且当光吸收层为钙钛矿层时，可以将空穴传输层省略掉，如此简化了结构。3.所述功能层的阴极层是采用电流体喷印方式制备而成的，无需掩膜版和严苛的工艺条件，工艺简单，成本低。4.所述制备方法的流程简单，易于实施，灵活性较好，适用性较强。附图说明图1是本专利技术第一实施方式提供的无源型柔性视网膜假体的结构示意图。图2是图1中的无源型柔性视网膜假体的制备方法的流程示意图。图3A图及图3B分别为图1中的无源型柔性视网膜假体涉及的微孔阵列结构的全图案化流程图及单层功能层图案化流程图。图4是本专利技术第二实施方式提供的无源型柔性视网膜假体的结构示意图。图5是图4中的无源型柔性视网膜假体的制备方法的流程图。图6是本专利技术第三实施方式提供的无源型本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种无源型柔性视网膜假体，其特征在于：所述视网膜假体包括柔性基底(1)、设置在所述柔性基底(1)上的第一封装层及设置在所述第一封装层远离所述柔性基底(1)的表面上的功能层；所述功能层包括光吸收层(4)，所述光吸收层(4)的组成材料掺杂有硅纳米颗粒；所述柔性基底(1)或者所述功能层形成有亚微米级微孔阵列结构，由此所述视网膜假体利用微孔阵列结构和硅纳米颗粒来提高光吸收率与光电转换效率。

【技术特征摘要】
1.一种无源型柔性视网膜假体，其特征在于：所述视网膜假体包括柔性基底(1)、设置在所述柔性基底(1)上的第一封装层及设置在所述第一封装层远离所述柔性基底(1)的表面上的功能层；所述功能层包括光吸收层(4)，所述光吸收层(4)的组成材料掺杂有硅纳米颗粒；所述柔性基底(1)或者所述功能层形成有亚微米级微孔阵列结构，由此所述视网膜假体利用微孔阵列结构和硅纳米颗粒来提高光吸收率与光电转换效率。2.如权利要求1所述的无源型柔性视网膜假体，其特征在于：所述硅纳米颗粒的直径约为10nm～20nm；所述亚微米级微孔阵列结构呈蜂窝状排列。3.如权利要求1所述的无源型柔性视网膜假体，其特征在于：所述第一封装层为叠层结构，其包括柔性透明有机层及两个分别设置在所述柔性透明有机层相背的两侧上的Al2O3膜、SixNy膜或SiO2膜。4.如权利要求1-3任一项所述的无源型柔性视网膜假体，其特征在于：所述功能层包括设置在所述第一封装层上的阴极层(2)、设置在所述阴极层(2)上的电子传输层(3)、设置在所述电子传输层(3)上的所述光吸收层(4)、设置在所述光吸收层(4)上的空穴传输层及设置在所述空穴传输层上的阳极层(6)；所述光吸收层(4)为钙钛矿层；或者，所述功能层包括设置在所述第一封装层上的阳极层(6)、设置在所述阳极层(6)上的空穴传输层、设置在所述空穴传输层上的所述光吸收层(4)、设置在所述光吸收层(4)上的电子传输层(3)及设置在所述电子传输层(3)上的阴极层(2)；或者，所述功能层包括设置在所述第一封装层上的阳极层(6)、设置在所述阳极层(6)上的所述光吸收层(4)及设置在所述光吸收层(4)上的阴极层(2)；其中，所述柔性基底(1)的材质为以下材料中的一种或者几种的组合：二甲基硅氧烷、聚氨酯、聚对二甲苯、聚酰亚胺...

【专利技术属性】
技术研发人员：段永青，王琪璐，黄永安，尹周平，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42