用于神经调控的光电集成模块制造技术

本发明专利技术公开了一种用于神经调控的光电集成模块，包括：人造颅骨单元，用于为神经监测提供光学窗口，人造颅骨单元包括柔性透明薄膜制成的颅骨盖；柔性光学刺激阵列单元，柔性光学刺激阵列单元贴附于人造颅骨内侧，柔性光学刺激阵列单元包括若干光刺激点和记录电极；其中，光刺激点的设置位点根据待测动物的脑神经元分布位置确定，光刺激点用于对样品的神经元进行光刺激干扰样品的神经元活动；记录电极用于接收样品的神经元受到刺激产生的神经反馈信号；驱动控制单元，集成于柔性光刺激阵列单元上，穿过人造颅骨单元并固定于人造颅骨单元外侧，用于对柔性光刺激阵列单元进行选择驱动，并为柔性光刺激阵列单元提供能量以及神经反馈信号的传输。反馈信号的传输。反馈信号的传输。

【技术实现步骤摘要】
用于神经调控的光电集成模块


[0001]本专利技术涉及光遗传学的
，具体涉及一种用于神经调控的光电集成模块。

技术介绍

[0002]神经元及神经环路功能改变是多种神经系统疾病的基础。传统的，对于神经元的调控主要包括电刺激以及药物刺激两种方式。其中电刺激的缺点包括时空精度低，刺激神经细胞的特异性差，无抑制神经细胞的功能；而药物刺激的缺点包括起效时间长，副作用大等。因此光遗传学以其时空精度高、特异性强的特点而走进研究人员的视野。由于其自身存在的优势，光遗传学在治疗抑郁症、癫痫、阿尔兹海默症、焦虑等脑疾病方面有很大优势。
[0003]脑颅骨作为动物体的常规部件，且与脑区神经中枢紧密接触。由于目前光遗传学中所进行的光学调控大多是单点或几个点，这对于多个大脑皮层神经活动的研究有所限制；同时在进行光学调控时，实时监测大脑活动对于深入研究神经元与行为学很有必要，但实时监测较为困难。

技术实现思路

[0004]基于此，本专利技术提出了一种用于神经调控的光电集成脑颅骨模块及其制备方法，有效减少了测试成本以及反应条件和物质信息不足对预测结果的影响。
[0005]根据本专利技术的一个方面，一种用于神经调控的光电集成模块，包括：
[0006]人造颅骨单元，用于为神经监测提供光学窗口，上述人造颅骨单元包括柔性透明薄膜制成的颅骨盖；
[0007]柔性光学刺激阵列单元，上述柔性光学刺激阵列单元贴附于上述人造颅骨单元内侧，上述柔性光学刺激阵列单元包括若干光刺激点和记录电极；
[0008]其中，上述光刺激点的设置位点根据待测动物的脑神经元分布位置确定，上述光刺激点用于对样品的神经元进行光刺激干扰上述样品的神经元活动；
[0009]上述记录电极用于接收上述样品的上述神经元受到刺激产生的神经反馈信号；
[0010]驱动控制单元，集成于上述柔性光刺激阵列单元上，穿过上述人造颅骨单元并固定于上述人造颅骨单元外侧，用于对上述柔性光刺激阵列单元进行选择驱动，并为上述柔性光刺激阵列单元提供能量以及上述神经反馈信号的传输。
[0011]根据本专利技术的实施例，其中，上述光刺激点包括：
[0012]由下至上依次设置的第一柔性衬底层、第一金属层、第二柔性衬底层和第二金属层；
[0013]上述第二金属层通过上述第二柔性衬底的孔洞与上述第一金属层接触；
[0014]上述第二金属层连接有由第三金属层、第四金属层和第五金属层交叠形成的第一电极柱和第二电极柱；
[0015]上述第一电极柱通过电流扩展层与LED发光芯片的一端相连接；
[0016]上述第二电极柱与上述LED发光芯片的另一端连接；
[0017]上述LED发光芯片覆盖有石墨烯层。
[0018]根据本专利技术的实施例，其中，上述光刺激点通过绝缘层、钝化层与生物封装层密封封装；
[0019]上述绝缘层用于覆盖上述第二金属层，使其与上述钝化层分离。
[0020]根据本专利技术的实施例，其中，上述绝缘层和上述钝化层的材质采用Ta2O5、Si3N4、SiO2、TiO2、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚二甲基硅氧烷、环氧树脂中的一种或多种。
[0021]根据本专利技术的实施例，其中，上述生物封装层的材质采用聚二甲基硅氧烷、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对二甲苯、负性环氧光刻胶、环氧树脂、聚异丁烯、硅胶、水凝胶中的一种或多种。
[0022]根据本专利技术的实施例，其中，上述柔性透明薄膜的材质采用聚对苯二甲酸乙二醇酯层、聚酰亚胺层、聚对二甲苯层、聚氨酯层、聚二甲基硅氧烷层中的一种或多种。
[0023]根据本专利技术的实施例，其中，上述LED发光芯片包括p型半导体材料层、电子阻挡层、量子阱发光层和n型半导体材料层。
[0024]根据本专利技术的实施例，其中，上述柔性光学刺激阵列单元设置有反射层，用于减少上述光刺激点背侧的光逸散。
[0025]根据本专利技术的实施例，其中，上述柔性光学刺激阵列单元通过采用上述封装层连接上述光刺激点。
[0026]根据本专利技术的实施例，其中，上述驱动控制单元包括：
[0027]供能子单元，用于通过电池供电或无线能量传的方式为上述光电集成模块供电；
[0028]无线传输子单元，用于通过蓝牙、射频或近场通信的方式传送指令对柔性光刺激阵列单元进行选区控制；
[0029]信号反馈子单元，用于采集在对脑神经刺激后其行为上的信号。
[0030]从上述技术方案可以看出，本专利技术提供的用于神经调控的光电集成脑颅骨模块及其制备方法具有以下有益效果：
[0031]本专利技术提供一种用于神经调控的光电集成脑颅骨模块，一方面，由于生物脑颅骨的不透明性，限制了对脑神经活动的监测研究，而人造颅骨具有明显优势，如尺寸与结构可变、生物排异较小、自身透明等，因此人造颅骨对于脑神经的研究提供了便利。另一方面，目前对于动物神经元的光学刺激大都是单点或者几个点，对于脑神经的研究也有一定的限制，因此根据动物样品的脑神经元的分布设计制作的柔性光刺激阵列，并通过有线或者无线充电的驱动部分对阵列进行选择控制，对于神经活动
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行为学的研究提供了方法。
[0032]用人造颅骨单元替换动物自身不透明的颅骨，柔性光刺激阵列单元贴附于所述人造颅骨单元内侧，由固定于人造露骨单元外侧的驱动控制单元对柔性光刺激阵列单元进行选择驱动，从而实现对动物样品脑神经元的光学调控，并通过光电集成模块对神经元进行监测。
附图说明
[0033]图1是本专利技术实施例提供的光电集成模块的结构示意图Ⅰ；
[0034]图2是本专利技术实施例提供的光电集成模块的结构示意图Ⅱ；
[0035]图3是本专利技术实施例提供的光刺激点的结构示意图；
[0036]图4是本专利技术实施例提供的柔性光刺激阵列单元的光刺激点分布示意图。
[0037]01
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人造颅骨单元
[0038]02
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柔性光刺激阵列单元
[0039]03
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通孔
[0040]04
‑
驱动控制单元
[0041]05
‑
颅骨盖
[0042]06
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固定框架
[0043]07
‑
螺钉
[0044]08螺帽
[0045]09
‑
第一柔性衬底层
[0046]10
‑
第一金属层
[0047]11
‑
第二柔性衬底层
[0048]12
‑
第二金属层
[0049]13
‑
绝缘层
[0050]14
‑
第三金属层
[0051]15
‑
第四金属层
[0052]16
‑
第五金属层
[0053]17
‑
电流扩展层
[0054]18
‑
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于神经调控的光电集成模块，包括：人造颅骨单元，用于为神经监测提供光学窗口，所述人造颅骨单元包括柔性透明薄膜制成的颅骨盖；柔性光学刺激阵列单元，所述柔性光学刺激阵列单元贴附于所述人造颅骨内侧，所述柔性光学刺激阵列单元包括若干光刺激点和记录电极；其中，所述光刺激点的设置位点根据待测动物的脑神经元分布位置确定，所述光刺激点用于对样品的神经元进行光刺激干扰所述样品的神经元活动；所述记录电极用于接收所述样品的所述神经元受到刺激产生的神经反馈信号；驱动控制单元，集成于所述柔性光刺激阵列单元上，穿过所述人造颅骨单元并固定于所述人造颅骨单元外侧，用于对所述柔性光刺激阵列单元进行选择驱动，并为所述柔性光刺激阵列单元提供能量以及所述神经反馈信号的传输。2.根据权利要求1所述的模块，其中，所述光刺激点包括：由下至上依次设置的第一柔性衬底层、第一金属层、第二柔性衬底层和第二金属层；所述第二金属层通过所述第二柔性衬底的孔洞与所述第一金属层接触；所述第二金属层连接有由第三金属层、第四金属层和第五金属层交叠形成的第一电极柱和第二电极柱；所述第一电极柱通过电流扩展层与LED发光芯片的一端相连接；所述第二电极柱与所述LED发光芯片的另一端连接；所述LED发光芯片覆盖有石墨烯层。3.根据权利要求2所述的模块，其中，所述光刺激点通过绝缘层、钝化层与生物封装层密封封装；所述绝缘层用于覆盖...

【专利技术属性】
技术研发人员：伊晓燕，周斌茹，詹腾，刘志强，王军喜，李晋闽，
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：