一种柔性植入式神经光电极及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种柔性植入式神经光电极，包括依次设置的记录电极层、金属互联层和光学器件层，记录电极层上设置有多个电极位点，金属互联层用于将电极位点与神经成像系统的后端相连，光学器件层用于将激光从神经成像系统的后端传输到柔性植入式神经光电极并射出。本发明专利技术还公开了一种制备上述柔性植入式神经光电极的方法。本发明专利技术提供的柔性植入式神经光电极集成度高，可以实现多通道、高密度的信号记录；植入脑内的部分尺寸较小，可以减小器件植入对脑组织的损伤；采用柔性材料与脑组织杨氏模量较为匹配，可以减小器件植入在体过程造成的神经瘢痕，实现长期在体稳定记录；通过光电信号互联可以实现精准刺激、原位记录以及跨脑区同步记录。

【技术实现步骤摘要】
一种柔性植入式神经光电极及其制备方法
本专利技术涉及神经科学
，具体涉及一种柔性植入式神经光电极及其制备方法。
技术介绍
光电极是一种将给光刺激与电活动记录功能集成在一起的一种电生理器件，主要配合光遗传学技术应用。目前，人们通常采用光学技术和遗传技术相结合的方式来实现选择性控制细胞行为，并且设计并制备出可同时实现光调控和多通道电生理记录的器件，即神经光电极。现有最简单的神经光电极是光纤电镀式光电极，其是在锥形光纤头上电镀金属层，再在金属层外用绝缘层封装只在尖端处暴露出电记录点，以记录光激活的神经活动。然而，光纤电镀式光电极具有尺寸较大，集成度较低，仅能实现单个电极记录点的劣势。为此，人们开发出了更高集成度的植入式神经光电极，常见的主要有光源LED式植入光电极以及波导式植入光电极。光源LED式植入光电极是在记录电极附近加装LED芯片作为光源实现光刺激；波导式植入光电极是在衬底上制造波导将光从器件后端传导到器件前端记录电极附近实现光刺激。然而，光源LED式植入光电极中的LED芯片功耗较高，LED芯片发热会对脑组织造成伤害，且LED芯片的尺寸限制了器件集成度的提高，难以实现多通道高密度的记录；波导式植入光电极大多是在硬质硅衬底上进行加工，硅衬底硬质探针与脑组织杨氏模量差异极大，器件植入会造成脑组织损伤和神经瘢痕，难以实现长期在体记录，容易对实验体造成损伤。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种柔性植入式神经光电极及其制备方法，以解决现有技术中存在的上述技术问题。>为了达到上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：本专利技术一方面提供了一种柔性植入式神经光电极，所述柔性植入式神经光电极设置于具有光电刺激和记录功能的神经成像系统的前端，所述柔性植入式神经光电极包括记录电极层、金属互联层和光学器件层，所述记录电极层上设置有多个用于产生电刺激和记录神经细胞所产生的神经信号的电极位点，所述金属互联层位于所述记录电极层的下方，所述金属互联层用于将所述电极位点与所述神经成像系统的后端相连，所述光学器件层位于所述金属互联层的下方，所述光学器件层用于将激光从所述神经成像系统的后端传输到所述柔性植入式神经光电极并射出。优选的，所述柔性植入式神经光电极还包括第一柔性封装层、第二柔性封装层和第三柔性封装层，所述第一柔性封装层位于所述光学器件层与所述金属互联层之间，所述第二柔性封装层位于所述金属互联层与所述记录电极层之间，所述第三柔性封装层位于所述记录电极层的上方，所述第三柔性封装层上设置有多个镂空孔，多个所述镂空孔与多个所述电极位点一一对应设置。优选的，所述金属互联层包括多根金属导线，多个所述电极位点分别通过多根所述金属导线与所述神经成像系统的后端连接。优选的，所述柔性植入式神经光电极还包括柔性聚合物衬底，所述光学器件层设置于所述柔性聚合物衬底上，所述光学器件层包括波导、输入光栅和输出光栅，所述输入光栅用于将激光耦合进入所述波导中进行传输，所述波导用于将激光从所述神经成像系统的后端传输到所述柔性植入式神经光电极前端并通过所述输出光栅将光耦合射出。优选的，所述柔性聚合物衬底、所述第一柔性封装层、所述第二柔性封装层和所述第三柔性封装层均采用柔性聚合物材料制成。本专利技术另一方面提供了一种制备上述柔性植入式神经光电极的方法，该方法包括以下步骤：S1：准备洁净的基底备用；S2：在步骤S1准备好的基底上制备得到镍牺牲层；S3：在步骤S2得到的镍牺牲层上制备柔性聚合物衬底；S4：在步骤S3制备的柔性聚合物衬底上形成光学器件层；S5：在步骤S4形成的光学器件层上制备得到第一柔性封装层；S6：在步骤S5得到的第一柔性封装层上形成金属互联层；S7：在步骤S6形成的金属互联层上制备得到第二柔性封装层；S8：在步骤S7得到的第二柔性封装层上形成记录电极层；S9：在步骤S8形成的记录电极层上制备得到第三柔性封装层；S10：刻蚀除去步骤S9所得结构上的镍牺牲层，将刻蚀后得到的结构从所述基底上释放，即得到所述柔性植入式神经光电极。优选的，所述基底选用厚度为300-500μm的单抛硅片。优选的，所述步骤S2具体为：在步骤S1准备好的单抛硅片上先通过光刻将光刻胶进行图形化，再通过热蒸发沉积工艺制备一层厚度为50-150nm的金属镍，对所述金属镍进行剥离工艺得到镍牺牲层。优选的，所述步骤S3具体为：在步骤S2制备的镍牺牲层上以500-1500r/min的转速旋涂SU-8光刻胶，旋涂时间为20-40s，制备一层厚度为1500-2500nm的SU-8薄膜，对所述SU-8薄膜进行光刻图形化得到SU-8衬底。优选的，所述步骤S4具体为：使用低温化学气相沉积工艺在步骤S3得到的SU-8衬底上沉积一层厚度为100-300nm的氮化硅薄膜，对所述氮化硅薄膜进行两次光刻图形化分别形成波导、输入光栅和输出光栅。优选的，所述步骤S5具体为：在步骤S4形成的光学器件层上以2000-4000r/min的转速旋涂SU-8光刻胶，旋涂时间为20-40s，制备一层厚度为400-600nm的SU-8薄膜，对所述SU-8薄膜进行光刻图形化得到第一柔性封装层。优选的，所述步骤S6具体为：在步骤S5得到的第一柔性封装层上通过光刻图形化及热蒸发沉积工艺制备一层厚度为5nm/50nm-10nm/100nm的铬/金合金层，对所述铬/金合金层进行剥离工艺图形化得到金属互联层。优选的，所述步骤S7具体为：在步骤S6形成的金属互联层上以2000-4000r/min的转速旋涂SU-8光刻胶，旋涂时间为20-40s，制备一层厚度为400-600nm的SU-8薄膜，对所述SU-8薄膜进行光刻图形化得到第二柔性封装层。优选的，所述步骤S8具体为：在步骤S7得到的第二柔性封装层上通过光刻图形化及热蒸发沉积工艺制备一层厚度为5nm/50nm-10nm/100nm的铬/金合金层，对所述铬/金合金层进行剥离工艺图形化得到记录电极层。优选的，所述步骤S9具体为：在步骤S8形成的记录电极层上以2000-4000r/min的转速旋涂SU-8光刻胶，旋涂时间为20-40s，制备一层厚度为400-600nm的SU-8薄膜，对所述SU-8薄膜进行光刻图形化得到第三柔性封装层。与现有技术相比，本专利技术具有如下有益效果：1、本专利技术提供的柔性植入式神经光电极集成度高，可以实现多通道、高密度的信号记录；2、本专利技术提供的柔性植入式神经光电极植入脑内的部分尺寸较小，可以减小器件植入对脑组织的损伤；3、本专利技术提供的柔性植入式神经光电极采用柔性材料与脑组织杨氏模量较为匹配，可以减小器件植入在体过程造成的神经瘢痕，能够实现长期在体稳定记录；4、本专利技术提供的柔性植入式神经光电极通过光电信号互联可以实现精准刺激、原位记录以及跨脑区同步记录。附图说明为了更清楚本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种柔性植入式神经光电极，其特征在于，所述柔性植入式神经光电极(1)设置于具有光电刺激和记录功能的神经成像系统的前端，所述柔性植入式神经光电极(1)包括记录电极层(5)、金属互联层(6)和光学器件层(7)，/n所述记录电极层(5)上设置有多个用于产生电刺激和记录神经细胞所产生的神经信号的电极位点(51)，/n所述金属互联层(6)位于所述记录电极层(5)的下方，所述金属互联层(6)用于将所述电极位点(51)与所述神经成像系统的后端相连，/n所述光学器件层(7)位于所述金属互联层(6)的下方，所述光学器件层(7)用于将激光从所述神经成像系统的后端传输到所述柔性植入式神经光电极(1)并射出。/n

【技术特征摘要】
1.一种柔性植入式神经光电极，其特征在于，所述柔性植入式神经光电极(1)设置于具有光电刺激和记录功能的神经成像系统的前端，所述柔性植入式神经光电极(1)包括记录电极层(5)、金属互联层(6)和光学器件层(7)，
所述记录电极层(5)上设置有多个用于产生电刺激和记录神经细胞所产生的神经信号的电极位点(51)，
所述金属互联层(6)位于所述记录电极层(5)的下方，所述金属互联层(6)用于将所述电极位点(51)与所述神经成像系统的后端相连，
所述光学器件层(7)位于所述金属互联层(6)的下方，所述光学器件层(7)用于将激光从所述神经成像系统的后端传输到所述柔性植入式神经光电极(1)并射出。


2.根据权利要求1所述的柔性植入式神经光电极，其特征在于，所述柔性植入式神经光电极(1)还包括第一柔性封装层(9)、第二柔性封装层(10)和第三柔性封装层(11)，
所述第一柔性封装层(9)位于所述光学器件层(7)与所述金属互联层(6)之间，
所述第二柔性封装层(10)位于所述金属互联层(6)与所述记录电极层(5)之间，
所述第三柔性封装层(11)位于所述记录电极层(5)的上方，所述第三柔性封装层(11)上设置有多个镂空孔(12)，多个所述镂空孔(12)与多个所述电极位点(51)一一对应设置。


3.根据权利要求1所述的柔性植入式神经光电极，其特征在于，所述金属互联层(6)包括多根金属导线(61)，多个所述电极位点(51)分别通过多根所述金属导线(61)与所述神经成像系统的后端连接。


4.根据权利要求1所述的柔性植入式神经光电极，其特征在于，所述柔性植入式神经光电极(1)还包括柔性聚合物衬底(8)，所述光学器件层(7)设置于所述柔性聚合物衬底(8)上，
所述光学器件层(7)包括波导(71)、输入光栅(721)和输出光栅(722)，所述输入光栅(721)用于将激光耦合进入所述波导(71)中进行传输，所述波导(71)用于将激光从所述神经成像系统的后端传输到所述柔性植入式神经光电极(1)前端并通过所述输出光栅(722)将光耦合射出。


5.根据权利要求2所述的柔性植入式神经光电极，其特征在于，所述柔性聚合物衬底(8)、所述第一柔性封装层(9)、所述第二柔性封装层(10)和所述第三柔性封装层(11)均采用柔性聚合物材料制成。


6.一种制备如权利要求1-5中任一项所述的柔性植入式神经光电极的方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：准备洁净的基底(13)备用；
S2：在步骤S1准备好的基底(13)上制备得到镍牺牲层(14)；
S3：在步骤S2得到的镍牺牲层(14)上制备柔性聚合物衬底(8)；
S4：在步骤S3制备的柔性聚合物衬底(8)上形成光学器件层(7)；
S5：在步骤S4形成的光学器件层(7)上制备得到第一柔性封装层(9)；
S6：在步骤S5得到的第一柔性封装层(9)上形成金属互联层(6)；
S7：在步骤S6形成的金属互联层(6)上制备得到第二柔性封装层(10)；
S8：在步骤S7得到的第二柔性封装层(10)上形成记录电极层(5)；
S9：在步骤S8形成的记录电极层(5)上制备得到第三柔性封装层(11)；
S10：刻蚀除去...

【专利技术属性】
技术研发人员：陶虎，顾驰，周志涛，魏晓玲，杨会然，
申请(专利权)人：中国科学院上海微系统与信息技术研究所，
类型：发明
国别省市：上海;31