柔性植入式光电器件及其制备方法、控制方法技术

本申请提供一种柔性植入式光电器件及其制备方法、控制方法。该柔性植入式光电器件用于多巴胺传感与调控，其包括柔性植入式探针及柔性电路。柔性植入式探针用于植入于脑组织中，以检测或调节脑组织的多巴胺浓度，柔性植入式探针包括荧光光度计、荧光薄膜和电刺激电极，荧光光度计用于激发荧光薄膜产生荧光，并测量荧光薄膜产生的荧光强度。柔性电路与柔性植入式探针通信连接。柔性电路用于驱动荧光光度计工作以激发荧光薄膜产生荧光并采集来自荧光光度计测量到的荧光强度的信号以获得脑组织的多巴胺浓度；柔性电路还用于在检测到的多巴胺浓度异常时，驱动电刺激电极工作来激活脑组织附近的神经元活动以对脑组织的多巴胺浓度进行调控。浓度进行调控。浓度进行调控。

【技术实现步骤摘要】
柔性植入式光电器件及其制备方法、控制方法


[0001]本申请涉及柔性生物传感与调控
，尤其涉及一种柔性植入式光电器件及其制备方法、控制方法。

技术介绍

[0002]多巴胺作为大脑中含量丰富的儿茶酚胺类神经递质，参与了神经系统中运动控制、学习记忆、新陈代谢等多种生命活动，具有重要的生理意义。同时，多巴胺系统调节障碍与多种系统性疾病息息相关，如抑郁症、帕金森、图雷特综合症、注意缺陷与多动障碍、以及精神分裂症等。这些疾病致病机理复杂，干预手段有限，严重影响人们的生活质量和生命安全。然而，传统的多巴胺检测需要医护人员进行血清、脑脊液等生物样品的采集，并依赖于庞大昂贵的仪器设备进行分析，如电化学分析仪、高效液相色谱仪、紫外光谱仪和液相色谱
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质谱联用等，具有检测时效性差、空间分辨率低等缺点，无法实现多巴胺浓度的在体实时检测。同时，目前上述疾病的治疗普遍基于药物干预、手术治疗和心理疏导等，无法在病灶处对多巴胺浓度进行快速有效的调控。
[0003]柔性电子技术通过光刻、刻蚀等传统CMOS（Complementary Metal
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Oxide
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Semiconductor，互补金属氧化物半导体）工艺和丝网印刷、水转印等新型加工工艺，将有机或无机材料集成在柔性基底上，从而制备可弯曲、可延展、质量轻薄的新型电子器件，已被广泛应用于柔性显示、智能纺织、能量存储和健康监护等领域。基于柔性电子技术的植入式生物传感与调控器件因其柔软、可拉伸的机械属性和安全无毒的材料属性，具备良好的生物相容性，适用于复杂生理环境中生化分子的传感与调控。然而，目前用于多巴胺测量的柔性电子器件多基于电化学传感原理，检测结果易受脑脊液中抗坏血酸、甘氨酸等其它生物分子的干扰，特异性较低，且这些器件不具备干预手段，无法实现对多巴胺的闭环调控。

技术实现思路

[0004]本申请的目的在于提供一种柔性植入式光电器件及其制备方法、控制方法，能够实现脑组织中多巴胺浓度的实时监测和有效干预。
[0005]本申请的一个方面提供一种柔性植入式光电器件，用于多巴胺传感与调控。所述柔性植入式光电器件包括柔性植入式探针及柔性电路。所述柔性植入式探针用于植入于脑组织中，以检测或调节所述脑组织的多巴胺浓度，所述柔性植入式探针包括荧光光度计、荧光薄膜和电刺激电极，所述荧光光度计用于激发所述荧光薄膜产生荧光，并测量所述荧光薄膜产生的荧光强度。所述柔性电路与所述柔性植入式探针通信连接。其中，所述柔性电路用于驱动所述荧光光度计工作以激发所述荧光薄膜产生荧光并采集来自所述荧光光度计测量到的所述荧光强度的信号以获得所述脑组织的多巴胺浓度；当检测到所述多巴胺浓度异常时，所述柔性植入式探针中的所述电刺激电极被驱动工作来激活所述脑组织附近的神经元活动以对所述脑组织的多巴胺浓度进行调控。
[0006]进一步地，所述荧光光度计包括微型紫外发光二极管和光电晶体管，所述柔性电
路用于驱动所述微型紫外发光二极管工作以激发所述荧光薄膜产生荧光，所述光电晶体管用于将所述荧光薄膜产生的荧光转换为光电流，其中，所述光电流的大小与所述荧光薄膜产生的所述荧光强度成正比。
[0007]进一步地，所述荧光光度计还包括柔性衬底、金属电极及金属互连、介电层和封装层，所述金属电极及所述金属互连形成于所述柔性衬底上；所述微型紫外发光二极管和所述光电晶体管位于所述金属电极上；所述介电层覆盖在所述金属电极及金属互连、所述光电晶体管及部分所述微型紫外发光二极管上，其中，所述微型紫外发光二极管的上表面被暴露出；所述电刺激电极形成于所述介电层上；所述封装层覆盖于所述介电层和所述电刺激电极上，其中，所述微型紫外发光二极管的上表面和所述电刺激电极的刺激位点被暴露出；所述荧光薄膜覆盖在所述微型紫外发光二极管的上表面上。
[0008]进一步地，所述柔性衬底的材料包括聚酰亚胺，所述介电层的材料包括聚酰亚胺或聚对二甲苯，所述封装层的材料包括聚对二甲苯。
[0009]进一步地，所述荧光薄膜包括以金属Eu作为中心金属，H2pzdc为有机配体的金属有机框架材料。
[0010]进一步地，所述电刺激电极包括金或铂电极。
[0011]进一步地，所述柔性植入式探针的厚度小于50μm，宽度小于750μm。
[0012]进一步地，所述柔性电路通过各向异性导电胶与所述柔性植入式探针进行机械连接和电气互连，所述柔性电路用于固定于颅骨之上，头皮之下。
[0013]进一步地，所述柔性电路包括电池，所述电池用于向所述荧光光度计和所述电刺激电极供电。
[0014]进一步地，所述柔性电路包括发光二极管驱动器、放大器及跨阻放大结构，所述发光二极管驱动器用于提供恒定的电流驱使所述微型紫外发光二极管发光，所述跨阻放大结构为所述光电晶体管提供偏置电压并将所述光电晶体管的光电流转化为电压信号，所述放大器用于对所述电压信号进行滤波放大。
[0015]进一步地，所述柔性电路还包括稳压器和恒流源，所述稳压器用于将所述电池输出的电压稳定在所需的电压，所述恒流源用于为所述电刺激电极输出恒定的电流。
[0016]进一步地，所述柔性电路还包括蓝牙模块和天线，所述蓝牙模块用于对所述发光二极管驱动器和所述恒流源进行控制，并将所述放大器采集到的电信号进行模数转换，并通过所述天线将数据发送到移动终端。
[0017]本申请的另一个方面提供一种柔性植入式光电器件的制备方法。所述制备方法包括：制备柔性植入式探针，用于植入于脑组织中，以检测或调节所述脑组织的多巴胺浓度，所述制备柔性植入式探针包括：在柔性衬底上沉积一层金属层，并通过光刻技术得到图案化的金属电极及金属互连；将微型紫外发光二极管和光电晶体管设置在所述金属电极上以形成荧光光度计；在所述金属互连、所述微型紫外发光二极管和所述光电晶体管上沉积一层介电材料，并通过刻蚀得到图案化的介电层，并暴露出所述微型紫外发光二极管的上表面；在所述介电层上沉积一层金属层，并通过光刻技术得到图案化的电刺激电极；在所述电刺激电极上沉积封装材料，并通过刻蚀得到图案化的封装层，并暴露出所述微型紫外发光二极管的上表面和所述电刺激电极的刺激位点；及在未封装的所述微型紫外发光二极管的上表面沉积荧光薄膜；以及将制备的所述柔性植入式探针与柔性电路进行连接，所述柔性
电路用于驱动所述微型紫外发光二极管以激发所述荧光薄膜产生荧光并采集来自所述荧光光度计测量的荧光强度的信号以获得所述脑组织的多巴胺浓度，并且，当检测到所述多巴胺浓度异常时，所述柔性植入式探针中的所述电刺激电极被驱动工作来激活所述脑组织附近的神经元活动以对所述脑组织的多巴胺浓度进行调控。
[0018]进一步地，所述制备柔性植入式探针还包括：将所述微型紫外发光二极管和所述光电晶体管通过研磨抛光技术进行减薄；及将研磨抛光后的微型紫外发光二极管和光电晶体管进行清洗，其中，所述将微型紫外发光二极管和光电晶体管设置在所述金属电极上包括：将清洗后的微型紫外发光二极管和光电晶体管设置在所述金属电极上本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种柔性植入式光电器件，用于多巴胺传感与调控，其特征在于：包括：柔性植入式探针，用于植入于脑组织中，以检测或调节所述脑组织的多巴胺浓度，所述柔性植入式探针包括荧光光度计、荧光薄膜和电刺激电极，所述荧光光度计用于激发所述荧光薄膜产生荧光，并测量所述荧光薄膜产生的荧光强度；以及柔性电路，与所述柔性植入式探针通信连接，其中，所述柔性电路用于驱动所述荧光光度计工作以激发所述荧光薄膜产生荧光并采集来自所述荧光光度计测量到的所述荧光强度的信号以获得所述脑组织的多巴胺浓度；当检测到所述多巴胺浓度异常时，所述柔性植入式探针中的所述电刺激电极被驱动工作来激活所述脑组织附近的神经元活动以对所述脑组织的多巴胺浓度进行调控。2.如权利要求1所述的柔性植入式光电器件，其特征在于：所述荧光光度计包括微型紫外发光二极管和光电晶体管，所述柔性电路用于驱动所述微型紫外发光二极管工作以激发所述荧光薄膜产生荧光，所述光电晶体管用于将所述荧光薄膜产生的荧光转换为光电流，其中，所述光电流的大小与所述荧光薄膜产生的所述荧光强度成正比。3.如权利要求2所述的柔性植入式光电器件，其特征在于：所述荧光光度计还包括柔性衬底、金属电极及金属互连、介电层和封装层，所述金属电极及所述金属互连形成于所述柔性衬底上；所述微型紫外发光二极管和所述光电晶体管位于所述金属电极上；所述介电层覆盖在所述金属电极及金属互连、所述光电晶体管及部分所述微型紫外发光二极管上，其中，所述微型紫外发光二极管的上表面被暴露出；所述电刺激电极形成于所述介电层上；所述封装层覆盖于所述介电层和所述电刺激电极上，其中，所述微型紫外发光二极管的上表面和所述电刺激电极的刺激位点被暴露出；所述荧光薄膜覆盖在所述微型紫外发光二极管的上表面上。4.如权利要求3所述的柔性植入式光电器件，其特征在于：所述柔性衬底的材料包括聚酰亚胺，所述介电层的材料包括聚酰亚胺或聚对二甲苯，所述封装层的材料包括聚对二甲苯。5.如权利要求1至3中任一项所述的柔性植入式光电器件，其特征在于：所述荧光薄膜包括以金属Eu作为中心金属，H 2
pzdc为有机配体的金属有机框架材料。6.如权利要求1至3中任一项所述的柔性植入式光电器件，其特征在于：所述电刺激电极包括金或铂电极。7.如权利要求1至3中任一项所述的柔性植入式光电器件，其特征在于：所述柔性植入式探针的厚度小于50μm，宽度小于750μm。8.如权利要求1至3中任一项所述的柔性植入式光电器件，其特征在于：所述柔性电路通过各向异性导电胶与所述柔性植入式探针进行机械连接和电气互连，所述柔性电路用于固定于颅骨之上，头皮之下。9.如权利要求2或3所述的柔性植入式光电器件，其特征在于：所述柔性电路包括电池，所述电池用于向所述荧光光度计和所述电刺激电极供电。10.如权利要求9所述的柔性植入式光电器件，其特征在于：所述柔性电路包括发光二极管驱动器、放大器及跨阻放大结构，所述发光二极管驱动器用于提供恒定的电流驱使所述微型紫外发光二极管发光，所述跨阻放大结构为所述光电晶体管提供偏置电压并将所述光电晶体管的光电流转化为电压信号，所述放大器用于对所述电压信号进行滤波放大。
11.如权利要求10所述的柔性植入式光电器件，其特征在于：所述柔性电路还包括稳压器和恒流源，所述稳压器用于将所述电池输出的电压稳定在所需的电压，所述恒流源用于为所述电刺激电极输出恒定的电流。12.如权利要求11所述的柔性植入式光电器件，其特征在于：所述柔性电路还包括蓝牙模块和天线，所述蓝牙模块用于对所述发光二极管驱动器和所述恒流源进行控制，并将所述放大器采集到的电信号进行模数转换，并通过所述天线将数据发送到移动终端。13.一种柔性植入式光电器件的制备方法，其特征在于：包括：制备柔性植入式探针，用于植入于脑组织中，以检测或调节所述脑组织的多巴胺浓度，所述制备柔性植入式探针包括：在柔性衬底上沉积一层金属层，并通过光刻技术得到图案化的金属电极及金属互连；将微型紫外发光二极管和光电晶体管设置在所述金属电极上以形成荧光光度计；...

【专利技术属性】
技术研发人员：唐弢，凌伟，冯琳清，魏依娜，
申请(专利权)人：之江实验室，
类型：发明
国别省市：