一种新型神经光电极的制作方法

1.本实用新型属于神经光电极技术领域，具体涉及一种新型神经光电极。


背景技术：

2.神经电极作为脑机接口的核心部分，是与神经元相互作用的电生理器件，可以用来记录或者干预神经活动状态，应用于医疗或虚拟现实领域。通常神经电极通过高掺硅或者金属形成阵列针状电极，而为了更好的接收和记录神经信号，需要将电极打入大脑皮层甚至挑破硬脑膜将电极插入，植入过程将不可避免的对大脑造成损伤。同时，在人体运动过程中，硬电极也会由于应力造成对大脑的损伤。因而，如何在尽量减少大脑损伤的情况下提升刺激深度成为重要的研究方向。
3.得益于光遗传学技术的发展，针对某些电信号无法直接作用于神经回路的特定细胞类型，可以通过基因工程的方法将光敏通道蛋白选择性表达在特定类型的神经元上，利用光照来刺激和抑制神经元的活性，未表达光敏通道蛋白的神经元对光刺激没有响应，从而实现细胞特异性调节。


技术实现要素：

4.为解决现有技术中存在的技术问题，本实用新型的目的在于提供一种新型神经光电极。
5.为实现上述目的，达到上述技术效果，本实用新型采用的技术方案为：
6.一种新型神经光电极，包括：
7.芯片，所述芯片用于垂直发射调制后的激光至电极结构；
8.电极结构，所述电极结构的尖端远离芯片，电极结构能够同时进行光信号和电信号的传导；
9.所述芯片和电极结构均使用柔硅衬底，通过耦合的方式进行对接，并封装于柔性材料内。
10.进一步的，所述电极结构包括由若干根硅电极阵列排布形成的硅电极阵列，硅电极之间相互绝缘，所述芯片具有与硅电极阵列尺寸相匹配的垂直发射出光口阵列，可以根据实际应用的信号密度或刺激范围对硅电极阵列的长度、距离、直径等进行调节，相应pic芯片也应匹配硅电极阵列对出光口位置进行调整。
11.进一步的，所述芯片内置与电极结构相适配的电极组，所述电极组的电极与电极结构的电极一一对应并适配，电极组的电极与相适配的电极结构的电极背面相接触。
12.进一步的，所述芯片为pic芯片，所述芯片的入光口处选择性设置用于调整入光口处波导尺寸的光斑适配器。
13.进一步的，所述硅电极为高掺低阻柔性硅，所述硅电极外表面设置有绝缘层，所述硅电极的尖端裸露，尖端外围部分设置有金属层。
14.进一步的，所述硅电极外表面选择性设置用于降低生物组织排异、提高抗腐蚀能
力的涂层。
15.与现有技术相比，本实用新型的有益效果为：
16.本实用新型公开了一种新型神经光电极，包括：芯片，芯片用于垂直发射调制后的激光至电极结构；电极结构，电极结构的尖端远离芯片，电极结构能够同时进行光信号和电信号的传导；芯片和电极结构均使用柔硅衬底，通过耦合的方式进行对接，并封装于柔性材料内。本实用新型提供的新型神经光电极，为一种pic(硅光波导)结合柔性犹他电极的全新脑电极结构，除了发送和接收神经元电信号外，可通过激光实现更深范围的刺激，同时利用pic芯片的mz调制技术，能够根据反馈信号实现定点定量的光信号刺激，具有柔性的特征，可降低对脑部损伤，并同时实现光电刺激，提高刺激深度，拓展了应用范围，具有广阔的应用前景。
附图说明
17.图1为本实用新型的结构示意图；
18.图2为本实用新型的电极结构的结构示意图；
19.图3为本实用新型的硅电极的结构示意图；
20.图4为本实用新型的芯片的设计图。
具体实施方式
21.下面对本实用新型进行详细阐述，以使本实用新型的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本实用新型的保护范围做出更为清楚明确的界定。
22.以下给出一个或多个方面的简要概述以提供对这些方面的基本理解。此概述不是所有构想到的方面的详尽综览，并且既非旨在指认出所有方面的关键性或决定性要素亦非试图界定任何或所有方面的范围。其唯一的目的是要以简化形式给出一个或多个方面的一些概念以为稍后给出的更加详细的描述之序。
23.如图1-4所示，一种新型神经光电极，包括：
24.芯片1，该芯片1用于垂直发射调制后的激光至电极结构2；
25.电极结构2，电极结构2能够同时进行光信号和电信号的传导，电极结构2的尖端3远离芯片1，尖端3可同时收发光信号和电信号；
26.芯片1和电极结构2均使用柔硅衬底，通过耦合的方式进行对接，并封装于柔性材料4内，柔性材料4采用pdms材料或其他生物相容的柔性聚合物。
27.作为具体的一种实施方案，芯片1为pic芯片，边收光，通过光栅可垂直发射调制后的激光，芯片1的入光口处选择性设置光斑适配器，便于调整入光口处波导尺寸，以适配不同的激光光斑。pic芯片形成与硅电极阵列间距等相匹配的垂直发射出光口阵列。
28.芯片1内置与电极结构2相适配的电极组10，电极组10的每个电极分别与电极结构2的一个硅电极5一一对应并适配，电极组的电极与相适配的电极结构2的硅电极5背面相接触。
29.电极结构2包括由若干根硅电极5呈阵列排布形成的硅电极阵列，硅电极5采用高掺低阻柔性硅，硅电极5之间相互绝缘，如每根硅电极5可通过滑刻沟槽配合玻璃或其他绝缘材料高温烧结形成电极之间的绝缘，还可以根据实际应用的信号密度或刺激范围对硅电
极阵列的长度、间距、直径等进行调节，相应pic芯片也应匹配硅电极阵列对出光口位置进行调整。
30.每根硅电极5外表面设置有绝缘层6，绝缘层6可为涂覆至硅电极5外表面的有机绝缘材料或通过表面高温氧化形成的绝缘层，使用氢氟酸刻蚀暴露出硅电极5的尖端3，每根硅电极5上暴露出的尖端3周围一圈镀覆金属层7，金属层7不完全覆盖尖端3，通过设置金属层7可增强电荷转移能力，每根硅电极5外表面还可选择性增加用于降低生物组织排异、提高抗腐蚀能力的涂层。
31.本实用新型的工作原理为：
32.外部激光光源通过透镜/光纤等方式耦合进入芯片1，在耦合进入芯片1之前，可选择性增设光斑适配器，波导形成y型分支8，经过mz调制后通过光栅从圆形中心o处发射，周围一圈为电极，形成电极组10，电极组10的每个电极分别与电极结构2的一个硅电极5一一对应并适配，电极组10的电极与相适配的电极结构2的硅电极5背面相接触，电信号通过硅电极5的尖端3周围的金属层7进行收发并经过电极组10由电路9进行传导。pic芯片以此单元为基本设计理念，形成与硅电极阵列间距等相匹配的垂直发射出光口阵列；
33.芯片1垂直发射调制后的激光后，该激光经过耦合后进入电极结构2，可由尖端3发光。芯片1和电极结构2使用磨削、研磨、干式抛光、化学机械平坦工艺、电化学腐蚀、湿法腐蚀、等离子增强化学腐蚀或常压等离子腐蚀实现减薄，呈现柔性，芯片1和电极结构2通过柔性材料4进行封装，整体为柔性结构。光电信号的导出采用本领域技术人员熟知的技术即可，在此不做赘述。
34.需要说明的是，当芯片1的波导直径尺寸较大时，受限于波导尺寸，厚度无法进一步减薄可能会降低其柔性，柔性特性将在波导直径较小的情况下有所体现。
35.本实用新型未具体描述的部分或结构采用现有技术或现有产品即可，在此不做赘述。
36.以上所述仅为本实用新型的实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。