本發(fā)明涉及微加工技術(shù)、光纖通信及生物信號檢測等相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于光纖的多記錄點透明光電極。

背景技術(shù)：

電極是獲取神經(jīng)電信號從而進(jìn)行神經(jīng)電生理，神經(jīng)性疾病治療以及腦科學(xué)研究的重要手段。電極可記錄神經(jīng)元電發(fā)放，也可刺激影響神經(jīng)元的電活動。目前刺激有電刺激和光刺激，光刺激基于光遺傳的生物技術(shù)，相比于電刺激有更高的空間分辨率并且可以在刺激的同時進(jìn)行電記錄。目前最常用的光電極結(jié)構(gòu)是將金屬絲粘附在光纖上，電極結(jié)構(gòu)簡單，但光纖出光位置與金屬絲記錄點的距離往往較大，這導(dǎo)致需要較大的光功率才能激活記錄點附近的神經(jīng)元。同時手工操作可粘的金屬絲數(shù)量有限，限制了光電極的記錄范圍。且硬質(zhì)的金屬絲電極與柔軟的生物組織機械失配，會導(dǎo)致較強的免疫反應(yīng)，不利于長期記錄。相比于這種電極結(jié)構(gòu)，如何設(shè)計一種新的電極結(jié)構(gòu)，做到刺激位置與記錄位置的同步是目前面臨的重大挑戰(zhàn)之一。同時植入式電極能夠長期工作一直是電極發(fā)展追逐的目標(biāo)。相比于金屬絲等硬質(zhì)材料，柔性材料在電極記錄長期性上是目前最佳的選擇之一。但柔性電極柔軟的特性也帶來難植入的問題。目前有用硬質(zhì)材料輔助植入，植入后將材料取出，這樣輔助植入的部分并不發(fā)揮功能性作用。

針對上述問題提出了一種基于光纖的多記錄點透明光電極的結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)將透明柔性電極包裹于光纖外側(cè)，光纖作為光波導(dǎo)同時扮演輔助柔性電極植入的角色。通過設(shè)計柔性電極，使多個記錄點位于光纖出光孔或出光面上，減小了光刺激與電記錄點的距離同時記錄到光刺激區(qū)域更大范圍的細(xì)胞。所選取的柔性材料較好的透光性減少了電極對光的吸收，較好的生物相容性也有利于電極的長期記錄。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對目前光纖出光位置與電極記錄位置不同步以及普通光電極對記錄點個數(shù)的限制，本發(fā)明的主要目的在于提供一種基于光纖的多記錄點透明光電極結(jié)構(gòu)。將光纖腐蝕變尖減少植入損傷，光纖外測包裹一層柔性電極，在光纖的發(fā)光區(qū)域排布多個記錄點。該結(jié)構(gòu)結(jié)合了硬質(zhì)光纖的光刺激與軟質(zhì)透明柔性電極的電記錄，使刺激位置與記錄位置同步。同時電極排布多個記錄點可以記錄到刺激區(qū)域更大范圍的細(xì)胞。并由于柔性材料生物相容性好及與生物組織機械匹配從而可以實現(xiàn)長期記錄。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供一種基于光纖的多記錄點透明光電極結(jié)構(gòu)，包括：

一多模光纖，該多模光纖包括纖芯、包層和保護(hù)層；

一柔性電極，該柔性電極的中間有一小孔，該柔性電極的小孔對準(zhǔn)多模光纖的纖芯，并包裹住多模光纖。

本發(fā)明還提供一種如前所述的基于光纖的多記錄點透明光電極結(jié)構(gòu)的制備方法，包括如下步驟：

步驟1：將一多模光纖的端面處理，將多模光纖切到所需的長度，該多模光纖包括纖芯、包層和保護(hù)層；

步驟2：采用49％的氫氟酸溶液，腐蝕多模光纖的端部，使多模光纖的纖芯形成錐狀；

步驟3：去掉保護(hù)層；

步驟4：用標(biāo)準(zhǔn)的硅片做襯底，在其上沉積一層聚對二甲苯作為下絕緣層；

步驟5：在下絕緣層上靠近中間的位置兩側(cè)制作記錄點，及在下絕緣層上的兩側(cè)制作電極壓焊點；

步驟6：在下絕緣層的上面沉積一層聚對二甲苯作為上絕緣層，形成“三明治”結(jié)構(gòu)，形成左右對稱的柔性電極；

步驟7：在柔性電極的中間制作一小孔；

步驟8：將多模光纖的纖芯插入柔性電極的小孔中，將柔性電極對折，使其包裹住多模光纖，完成制備。

從上述技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明采用的是將透明柔性電極和光纖組合在一起。腐蝕光纖的方法簡單易行并能保證較好的一致性。最后使用調(diào)節(jié)架裝配保證實驗較好的重復(fù)性。所形成的結(jié)構(gòu)解決了目前光刺激位置與記錄點不同步的問題，同時解決了光纖電極記錄點限制以及柔性電極植入難的問題。并兼有光刺激較高的刺激精度和柔性電極生物相容性好可長期記錄的特性。同時為多種結(jié)構(gòu)的設(shè)計提供了很好的思路。在大量的試驗中表明，本發(fā)明形成的透明光電極結(jié)構(gòu)測試效果良好。

附圖說明

為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合具體實施例，并參照附圖，對本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說明如后，其中：

圖1是本發(fā)明中使用的光纖結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明的柔性電極示意圖；

圖3是裝配的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4是本發(fā)明的制備流程圖。

具體實施方式

請參閱圖1-圖3所示，本發(fā)明提供一種基于光纖的多記錄點透明光電極結(jié)構(gòu)，包括：

一多模光纖1，該多模光纖1包括纖芯11、包層12和保護(hù)層13，該多模光纖1的纖芯11為錐狀，并去掉保護(hù)層13。錐狀結(jié)構(gòu)，有利于減小電極植入的損傷，保證電極記錄點附近細(xì)胞的存活率，使電極實現(xiàn)有效的刺激和記錄；

一柔性電極2，該柔性電極2的中間有一小孔23，該柔性電極2的小孔23對準(zhǔn)多模光纖1的纖芯11，并包裹住多模光纖1，該柔性電極2為條狀，為左右對稱的結(jié)構(gòu)，中間的小孔23為裝配纖芯11的預(yù)留孔，小孔23的兩側(cè)為記錄點21，該柔性電極2的兩端為電極壓焊點22。制作材料選擇成膜以后為透明色且生物相容性較好的聚合物材料，如聚對二甲苯等，進(jìn)而保證光可以透過柔性電極2激活附近的神經(jīng)元以及電極的長期工作。

其中該多模光纖1與對應(yīng)的柔性電極2通過速干膠水將柔性電極2包裹于多模光纖1外側(cè)，使柔性電極記錄點21位于多模光纖1的纖芯11尖端處，從而減小被光激活的神經(jīng)元與記錄點21的距離，實現(xiàn)光刺激與電記錄的同步，減少光刺激功率從而減少光刺激損傷。

其中柔性電極2與多模光纖1之間采用紫外膠粘合在一起，紫外膠速干膠的選擇要保證低的毒性和高的生物相容性。

請參閱圖4，并結(jié)合參閱圖1-圖3所示，本發(fā)明還提供一種基于光纖的多記錄點透明光電極結(jié)構(gòu)的制備方法，包括如下步驟：

步驟1：將一多模光纖1的端面處理，將多模光纖1切到所需的長度，該多模光纖1包括纖芯11、包層12和保護(hù)層13。纖芯11的直徑為62.5μm，包層12的直徑為125μm，保護(hù)層13的直徑為250μm；

步驟2：采用49％的氫氟酸溶液，腐蝕多模光纖1的端部，使多模光纖1的纖芯11形成錐狀。通過腐蝕時間的長短控制錐角的角度，腐蝕時間越長，錐角的角度越小。角度的不同會影響出光路徑的變化。選擇腐蝕時間為1h30min時，錐角的角度約為20°。為防止氫氟酸揮發(fā)影響實驗環(huán)境以及減少多模光纖1不必要的腐蝕，在氫氟酸的表面加入厚度為2mm的封閉液，如異辛烷或甲苯，有機層也會揮發(fā)聚攏，為在腐蝕時間內(nèi)都能完全封閉氫氟酸，需保證足夠的厚度。光纖端面需伸長到有機層下的氫氟酸液中才能夠被腐蝕，當(dāng)纖芯11和包層12被腐蝕到伸出氫氟酸液進(jìn)入有機層后，腐蝕將自動停止；

步驟3：去掉保護(hù)層13。保護(hù)層13的剝離可以使用剝線鉗，并選擇合適的剝線孔徑。保證植入深度范圍內(nèi)的保護(hù)層13全部去掉，確保電極的光滑。與提前去掉保護(hù)層的方法相比，用該種方法制得的光纖腐蝕后的效果可以保持較好的一致性。有效避免了氫氟酸揮發(fā)造成的不光滑和形狀的不可控，一方面植入損傷變小，另一方面光纖腐蝕效果的穩(wěn)定性奠定了整個電極一致性的基礎(chǔ)；

步驟4：用標(biāo)準(zhǔn)的硅片做襯底，在其上沉積一層聚對二甲苯作為下絕緣層。采用標(biāo)準(zhǔn)的清洗流程清洗硅片保證硅片的清潔平整，利用聚對二甲苯專用CVD沉積設(shè)備沉積，通過控制原料的量控制膜厚，保證良好的絕緣性和耐久性選擇膜厚為10μm，沉積完成后為提高對二甲苯作下絕緣層與后續(xù)膜層的粘附性，進(jìn)行短時RIE處理，形成凹凸不平的“納米森林”結(jié)構(gòu)；

步驟5：在下絕緣層上靠近中間的位置兩側(cè)制作記錄點21，及在下絕緣層上的兩側(cè)制作電極壓焊點22，該記錄點21的直徑小于25μm，從而能夠記錄到單個細(xì)胞的發(fā)放。中間的導(dǎo)聯(lián)層通過光刻工藝制得，記錄點21和壓焊點22的位置通過設(shè)計光刻版實現(xiàn)，壓焊點22用于引出導(dǎo)線，為后續(xù)整個電極的封裝而設(shè)計；

步驟6：在下絕緣層的上面沉積一層聚對二甲苯作為上絕緣層，形成“三明治”結(jié)構(gòu)，形成形貌上左右對稱的柔性電極2。上層聚對二甲苯絕緣層同樣使用聚對二甲苯專用CVD沉積設(shè)備沉積，制得的：“三明治”的總厚度為20μm左右，由于聚對二甲苯的良好的透光性，電極仍保持透明；

步驟7：在柔性電極2的中間制作一小孔23。小孔的尺寸為25μm，保證在光纖和柔性電極2裝配時，小孔能夠卡在光纖端面合適的位置，從而控制記錄點21在光纖的出光位置附近，小孔以及整個電極的形狀通過光刻膠掩膜，氧等離子刻蝕的方法制得；

步驟8：將多模光纖1的纖芯11插入柔性電極2的小孔23中，將柔性電極2對折，使其包裹住多模光纖1，完成制備。設(shè)計柔性電極2的寬度與多模光纖1的包層12相當(dāng)，從而保證柔性電極2能夠剛好貼附在多模光纖1上。為保證操作精準(zhǔn)，使用多維調(diào)節(jié)架以及顯微成像來完成整個裝配過程，從而保證精準(zhǔn)和一致性。

其中柔性電極2與多模光纖1之間采用紫外膠粘合在一起，選擇固化后透光性較好的紫外膠，控制用膠量，保證柔性電極2緊貼光纖表面，從而減小植入體積，進(jìn)而較小植入損傷。

以上所述的具體實施例，對本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了進(jìn)一步詳細(xì)說明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實施例而已，并不用于限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。