用于人工视网膜的光电式微电极阵列及其制作方法技术

本发明专利技术公开了一种用于人工视网膜的光电式微电极阵列，其包括透明衬底（１）、由下至上依次生长于所述透明衬底（１）上的第一重掺杂非晶硅层（２）、非掺杂非晶硅层（３）、第二重掺杂非晶硅层（２）和金属电极（４），以及覆盖于所述透明衬底（１）、第一重掺杂非晶硅层（２）、非掺杂非晶硅层（３）以及第二重掺杂非晶硅层（２）表面的绝缘介质材料（５）。本发明专利技术结构和工艺相对简单，同时功能完备，可提供足够驱动电流的微阵列，具有重要的实用价值和产业化前景。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及生物医学工程领域，特别是涉及一种用于人工视网膜的光电式微电极 阵列及其制作方法。
技术介绍
视网膜病变是眼疾患者视觉受损的重要原因，且尚无临床治疗方法。基于微加工 技术的人工视网膜假体被认为是帮助此类患者恢复视力的最佳方案。其中两种主流方案即 为复合式光电二极管阵列(multiphotodiode array,MPDA)和微电极阵列(microelectrode array, MEA) 0这两种方案各有利弊第一种方案通过光电二极管将视网膜受到的光照直接 转化为电信号。此种方案信号强度有限，不足以刺激视网膜神经细胞反应，因此需要额外的 信号放大电路，但是系统复杂性、植入体积和功率消耗都会相应增大。第二种方案，图像信 息通过额外的摄像头采集并输入，直接刺激视网膜神经。此种方案需要复杂的支持系统来 完成图像采集、信号处理、能量和数据传输，受限于布线问题，难于实现高密度阵列。因此， 设法制备结构和工艺相对简单，同时功能完备，可提供足够驱动电流的微阵列，成为阻碍人 工视网膜进入医疗实用领域，真正发挥服务功能的亟待解决的问题。在光电子学研究领域中，非晶硅逐渐引起人们的重视。这是一种新型的光导型材 料，通过等离子体增强式化学气相淀积(PECVD)的方法制备成膜，工艺温度约300°C，而用 低压化学气相沉积制备多晶硅需要600°C以上；并且，非晶硅的图形化手段和多晶硅完全 相同。这使得它能够与MEMS工艺和CMOS工艺兼容，更可以在玻璃等衬底上加工而不发生 玻璃软化的情况。不但如此，非晶硅受光照后的电阻率降低，这一光敏特性也引起了人们的 注意，并用来实现“光电镊子”来捕获和移动细胞或纳米颗粒，以及结合其他电生物、电化学 实验，实现光电泳、光电穿孔等，应用前景广阔。
技术实现思路
(一 )要解决的技术问题本专利技术要解决的技术问题是简化光电式微电极阵列的结构和工艺、同时使其能够 提供足够驱动电流。( 二 )技术方案为解决上述技术问题，提供一种依照本专利技术实施方式的用于人工视网膜的光电式 微电极阵列，其包括透明衬底，由下至上依次生长于所述透明衬底上的第一重掺杂非晶硅 层、非掺杂非晶硅层、第二重掺杂非晶硅层和金属电极，以及覆盖于所述透明衬底、第一重 掺杂非晶硅层、非掺杂非晶硅层和第二重掺杂非晶硅层表面的绝缘介质材料。优选地，所述依次生长于透明衬底上的第一重掺杂非晶硅层、非掺杂非晶硅层、第 二重掺杂非晶硅层和金属电极构成圆柱状阵列单元。优选地，所述圆柱状阵列单元的横截面直径为100-500 u m。优选地，所述绝缘介质材料的厚度为500nm-2 u m。3优选地，所述透明衬底上覆盖有透明氧化铟锡电极。优选地，所述金属电极为钼电极。优选地，所述透明衬底为玻璃衬底。优选地，所述透明衬底为柔性衬底或者具有生物兼容性的衬底。本专利技术还提供了一种用于人工视网膜的光电式微电极阵列的制作方法，其包括步 骤S1，制备透明衬底；S2，在所述透明衬底的上表面依次生长第一重掺杂非晶硅层、非掺杂非晶硅层和 第二重掺杂非晶硅层，形成复合层；S3，对所述复合层进行图形化刻蚀，形成点阵；S4，在所述透明衬底及复合层表面淀积绝缘介质材料，并对其进行图形化刻蚀，露出第二重掺杂非晶硅层；S5，在步骤S4中露出的第二重掺杂非晶硅层的上面淀积金属电极，完成阵列单元 的制作。优选地，步骤S1还包括在所述透明衬底上覆盖透明氧化铟锡电极。优选地，所述金属电极为钼电极。(三)有益效果本专利技术通过采用电阻率与光照强度高度相关的非掺杂非晶硅作为用于人工视网 膜的光电式微电极阵列的关键材料，当没有入射光照时，非掺杂非晶硅的电阻率很高，能够 从阵列底部的IT0电极经过该层并到达顶部钼电极的电流极其微弱，不足以刺激视网膜神 经细胞；当光照到阵列的某个单元时，位于该单元非掺杂非晶硅电阻率明显减小，从而允许 较大的电流经过，并到达钼电极，刺激视网膜神经细胞。本专利技术结构和工艺相对简单，同时 功能完备，可提供足够驱动电流的微阵列，具有重要的实用价值和产业化前景。附图说明图1是依据本专利技术实施方式的用于人工视网膜的光电式微电极阵列的结构示意 图；图2是依据本专利技术实施方式的用于人工视网膜的光电式微电极阵列的制作方法 流程示意图；图3是依据本专利技术实施方式的用于人工视网膜的光电式微电极阵列的工作原理 示意图。其中，1 透明衬底；2 第一、第二重掺杂非晶硅层；3 非掺杂非晶硅层；4 钼金属 电极；5 绝缘介质材料；6 阵列单元；7 外界图像产生的入射光线；8、供电电源；9、驱动神 经细胞的激励电流；10、用于人工视网膜的光电式微电极阵列。具体实施例方式下面结合附图和实施例，对本专利技术的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施 例用于说明本专利技术，但不用来限制本专利技术的范围。本专利技术实施例用于人工视网膜的光电式微电极阵列的结构如图1所示，主要由覆4盖有透明氧化铟锡(IT0)电极的透明衬底1，以及依次形成于其上的第一重掺杂非晶硅层 2、非掺杂非晶硅层3、第二重掺杂非晶硅层2、钼金属电极4和绝缘介质材料5组成。所述 第一重掺杂非晶硅层2、非掺杂非晶硅层3、第二重掺杂非晶硅层2和钼金属电极4组成阵 列单元6，阵列单元6表面覆盖有绝缘介质材料5，但是露出钼金属电极4。所述阵列单元6 优选形成为圆柱形结构，其横截面直径为100-500 ym，所述绝缘介质材料5的厚度优选为 500nm-2u m。本专利技术实施例用于人工视网膜的光电式微电极阵列的制作流程如图2(a)_(f)所 示。首先，准备好覆盖有透明氧化铟锡(IT0)电极的透明衬底1(见图2(a))，然后在上面 依次生长第一重掺杂非晶硅层2、非掺杂非晶硅层3和第二重掺杂非晶硅层2 (见图2 (b))。 然后，对第一、第二重掺杂非晶硅层2和非掺杂非晶硅层3的复合层进行图形化刻蚀，形成 点阵(见图2(c))。接下来，在表面淀积一层绝缘介质材料5 (见图2(d))，并对其进行图形 化刻蚀，露出第二重掺杂非晶硅层2 (见图2(e))。最后在第二重掺杂非晶硅层2的顶端淀 积金属电极4 (见图2 (f))，如钼电极，完成阵列单元6的制作，从而形成本专利技术用于人工视 网膜的光电式微电极阵列10。本专利技术实施例用于人工视网膜的光电式微电极阵列的工作原理如图3所示。实 际使用时，这种光电式微电极阵列10可以通过手术植入到视网膜上或者视网膜层内，导电 的透明衬底与一个简单的供电电源8连接进行供电，钼金属电极将直接接触视网膜神经细 胞，传输神经刺激信号。当没有入射光照时，非掺杂非晶硅的电阻率很高，因此能够从底部 透明衬底经过该层，并到达顶部钼电极的激励电流9极其微弱，不足以刺激视网膜神经细 胞。当外界图像产生的入射光线7照到阵列的某些单元上时，位于这些单元的非掺杂非晶 硅电阻率明显减小，从而允许较大的激励电流9经过并到达钼电极，进而刺激视网膜神经 细胞，从而产生视觉感受。本专利技术的光电式微电极阵列仅仅使用一个简单的电源供电即可得到足够刺激视 网膜神经细胞的驱动电流，而不需要复杂的信号放大电路，降低了系统复杂性，减小了植入 体积，也避免了相应的额外功耗。该光电式微电极阵列不需要复杂的配套支持系统来完成 图像采集、信号处理、能量和数据传输，不需要寻址，也不受限于相应的互联布线问题。只需 要一或两本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于人工视网膜的光电式微电极阵列，其特征在于，所述光电式微电极阵列包括透明衬底（１），由下至上依次生长于所述透明衬底（１）上的第一重掺杂非晶硅层（２）、非掺杂非晶硅层（３）、第二重掺杂非晶硅层（２）和金属电极（４），以及覆盖于所述透明衬底（１）、第一重掺杂非晶硅层（２）、非掺杂非晶硅层（３）和第二重掺杂非晶硅层（２）表面的绝缘介质材料（５）。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：张新义，李志宏，
申请(专利权)人：北京大学，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]