CN111938625A - 具有光电刺激和记录功能的神经成像系统及其制备方法 - Google Patents
具有光电刺激和记录功能的神经成像系统及其制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN111938625A CN111938625A CN202010795038.8A CN202010795038A CN111938625A CN 111938625 A CN111938625 A CN 111938625A CN 202010795038 A CN202010795038 A CN 202010795038A CN 111938625 A CN111938625 A CN 111938625A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- recording
- layer
- flexible
- preparing
- electrode
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 210000005036 nerve Anatomy 0.000 title claims abstract description 49
- 238000003384 imaging method Methods 0.000 title claims abstract description 38
- 230000000638 stimulation Effects 0.000 title claims abstract description 28
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 title claims abstract description 25
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title description 3
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 33
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 46
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 41
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 41
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 37
- 230000001537 neural effect Effects 0.000 claims description 30
- 229920005570 flexible polymer Polymers 0.000 claims description 27
- 229920001486 SU-8 photoresist Polymers 0.000 claims description 25
- 238000009459 flexible packaging Methods 0.000 claims description 24
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 claims description 23
- 238000000059 patterning Methods 0.000 claims description 22
- 238000002610 neuroimaging Methods 0.000 claims description 20
- 238000001259 photo etching Methods 0.000 claims description 12
- 238000005538 encapsulation Methods 0.000 claims description 11
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 11
- 239000010409 thin film Substances 0.000 claims description 11
- 229910001020 Au alloy Inorganic materials 0.000 claims description 10
- VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N Chromium Chemical compound [Cr] VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- 229910000599 Cr alloy Inorganic materials 0.000 claims description 10
- 239000000788 chromium alloy Substances 0.000 claims description 10
- 239000003353 gold alloy Substances 0.000 claims description 10
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 9
- 238000005137 deposition process Methods 0.000 claims description 9
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims description 9
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims description 9
- 238000002207 thermal evaporation Methods 0.000 claims description 9
- 238000004528 spin coating Methods 0.000 claims description 8
- 238000005530 etching Methods 0.000 claims description 5
- 229920002120 photoresistant polymer Polymers 0.000 claims description 4
- 239000002861 polymer material Substances 0.000 claims description 4
- 230000005693 optoelectronics Effects 0.000 claims 1
- 230000004936 stimulating effect Effects 0.000 claims 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 21
- 210000002569 neuron Anatomy 0.000 abstract description 19
- 239000002858 neurotransmitter agent Substances 0.000 abstract description 13
- 238000000799 fluorescence microscopy Methods 0.000 abstract description 8
- 230000008859 change Effects 0.000 abstract description 6
- 241000288906 Primates Species 0.000 abstract description 5
- 230000007177 brain activity Effects 0.000 abstract description 4
- 230000001364 causal effect Effects 0.000 abstract description 4
- 238000011503 in vivo imaging Methods 0.000 abstract description 4
- 230000007230 neural mechanism Effects 0.000 abstract description 4
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 abstract description 3
- 230000008035 nerve activity Effects 0.000 abstract description 3
- 238000003372 electrophysiological method Methods 0.000 abstract description 2
- 230000009471 action Effects 0.000 description 6
- 238000000206 photolithography Methods 0.000 description 6
- 210000004556 brain Anatomy 0.000 description 5
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 5
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 4
- 239000010408 film Substances 0.000 description 4
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 4
- 238000010146 3D printing Methods 0.000 description 3
- 241001465754 Metazoa Species 0.000 description 3
- 230000005484 gravity Effects 0.000 description 3
- OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N Calcium Chemical compound [Ca] OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052791 calcium Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000011575 calcium Substances 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 230000007831 electrophysiology Effects 0.000 description 2
- 238000002001 electrophysiology Methods 0.000 description 2
- 238000005498 polishing Methods 0.000 description 2
- 238000011160 research Methods 0.000 description 2
- NMWSKOLWZZWHPL-UHFFFAOYSA-N 3-chlorobiphenyl Chemical compound ClC1=CC=CC(C=2C=CC=CC=2)=C1 NMWSKOLWZZWHPL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 101001082832 Saccharomyces cerevisiae (strain ATCC 204508 / S288c) Pyruvate carboxylase 2 Proteins 0.000 description 1
- 241000700605 Viruses Species 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 230000003542 behavioural effect Effects 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 239000003269 fluorescent indicator Substances 0.000 description 1
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000001727 in vivo Methods 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 238000005459 micromachining Methods 0.000 description 1
- 210000000653 nervous system Anatomy 0.000 description 1
- 230000000144 pharmacologic effect Effects 0.000 description 1
- 230000004044 response Effects 0.000 description 1
- 230000001360 synchronised effect Effects 0.000 description 1
- 238000013518 transcription Methods 0.000 description 1
- 230000035897 transcription Effects 0.000 description 1
Images
Abstract
本发明公开了一种具有光电刺激和记录功能的神经成像系统，包括柔性植入式神经电极、PCB电路板和记录相机，所述PCB电路板和所述记录相机分别与所述柔性植入式神经电极连接。相应的，本发明还公开了一种制备上述具有光电刺激和记录功能的神经成像系统的方法。本发明提供的神经成像系统利用所述记录镜头来实现在体成像技术，可以在自由活动状态下记录特定神经元或者神经递质活动；将所述柔性植入式神经电极的电生理记录与所述记录镜头的荧光成像相结合，可以直观建立神经活动与神经递质间的因果关联；通过荧光体现神经递质/特定神经元的活动再通过电生理方法观测到相应的电活动改变，将有机会进一步回答灵长动物脑活动的神经机制。
Description
技术领域
本发明涉及神经科学技术领域，具体涉及一种具有光电刺激和记录功能的神经成像系统及其制备方法。
背景技术
神经成像(Neuroimaging)泛指能够直接或间接对神经系统(主要是脑)的功能、结构和药理学特性进行成像的技术。目前在神经成像技术领域最具代表性的是nVoke自由活动神经元超微成像系统。它是一款结合光遗传学刺激和大视野的钙成像以获得行为学神经环路最新发现的微型显微镜系统。它是将常见的荧光指示剂(如GCaMP)与视蛋白组合应用，使得钙成像和光刺激可以同步或先后进行，从而实现对神经细胞活动进行同步跟踪和行为分析。
但是，它在进行神经成像时通常存在以下缺陷：(1)它基于荧光指示剂的荧光成像来读取神经信号，仅是通过荧光强弱变化来间接提取神经元活动，时间分辨率和准确度较差，无法直观读取神经细胞对光刺激的反应；(2)它仅通过荧光成像来观察神经细胞受到刺激后神经递质的变化，无法直观观测到相应的神经细胞活动。
发明内容
本发明的目的在于提供一种具有光电刺激和记录功能的神经成像系统及其制备方法，以解决现有技术中存在的上述技术问题。
为了达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：
本发明一方面提供了一种具有光电刺激和记录功能的神经成像系统，包括柔性植入式神经电极、PCB电路板和记录相机，所述PCB电路板和所述记录相机分别与所述柔性植入式神经电极连接。
优选的，所述柔性植入式神经电极通过特制夹具与所述记录相机连接。
优选的，所述记录相机包括至少一个记录镜头，所述柔性植入式神经电极的柔性部分附着于所述记录镜头上。
优选的，所述柔性植入式神经电极包括依次设置的记录电极层和金属互联层，
所述记录电极层上设置有多个用于记录电生理信号的电极位点，
所述金属互联层包括多根金属导线，多个所述电极位点分别通过多根所述金属导线与所述PCB电路板连接。
优选的，所述柔性植入式神经电极还包括柔性聚合物衬底、第一柔性封装层和第二柔性封装层，
所述金属互联层设置于所述柔性聚合物衬底上，
所述第一柔性封装层设置于所述记录电极层与所述金属互联层之间，
所述第二柔性封装层设置于所述记录电极层的上方。
优选的，所述第一柔性封装层、所述第二柔性封装层和所述柔性聚合物衬底均采用柔性聚合物材料制成。
本发明另一方面提供了一种制备上述具有光电刺激和记录功能的神经成像系统的方法，该方法包括以下步骤：
S1：准备洁净的基底备用；
S2：在步骤S1准备好的基底上制备得到镍牺牲层；
S3：在步骤S2得到的镍牺牲层上制备柔性聚合物衬底；
S4：在步骤S3制备的柔性聚合物衬底上形成金属互联层；
S5：在步骤S4形成的金属互联层上制备得到第一柔性封装层；
S6：在步骤S5得到的第一柔性封装层上形成记录电极层；
S7：在步骤S6得到的记录电极层上制备得到第二柔性封装层；
S8：将步骤S7所得的结构与PCB电路板连接；
S9：刻蚀除去步骤S7所得结构上的镍牺牲层，将刻蚀后得到的结构从所述基底上释放，即得到柔性植入式神经电极；
S10：将步骤S9得到的所述柔性植入式神经电极通过特制夹具与记录相机上的至少一个记录镜头连接，即得到所述具有光电刺激和记录功能的神经成像系统。
优选的，所述基底选用厚度为300-500μm的单抛硅片。
优选的，所述步骤S2具体为：在步骤S1准备好的单抛硅片上先通过光刻将光刻胶进行图形化，再通过热蒸发沉积工艺制备一层厚度为50-150nm的金属镍，对所述金属镍进行剥离工艺图形化得到镍牺牲层。
优选的，所述步骤S3具体为：在步骤S2制备的镍牺牲层上以2000-4000r/min的转速旋涂SU-8光刻胶，旋涂时间为20-40s，制备一层厚度为400-600nm的SU-8薄膜，对所述SU-8薄膜进行光刻图形化得到柔性聚合物衬底。
优选的，所述步骤S4具体为：在步骤S3制备的柔性聚合物衬底上通过光刻图形化及热蒸发沉积工艺制备一层厚度为5nm/50nm-10nm/100nm的铬/金合金层，对所述铬/金合金层进行剥离工艺图形化得到金属互联层。
优选的，所述步骤S5具体为：在步骤S4形成的金属互联层上以2000-4000r/min的转速旋涂SU-8光刻胶，旋涂时间为20-40s，制备一层厚度为400-600nm的SU-8薄膜，对所述SU-8薄膜进行光刻图形化得到第一柔性封装层。
优选的，所述步骤S6具体为：在步骤S5得到的第一柔性封装层上通过光刻图形化及热蒸发沉积工艺制备一层厚度为5nm/50nm-10nm/100nm的铬/金合金层，对所述铬/金合金层进行剥离工艺图形化得到记录电极层。
优选的，所述步骤S7具体为：在步骤S6得到的记录电极层上以2000-4000r/min的转速旋涂SU-8光刻胶，旋涂时间为20-40s，制备一层厚度为400-600nm的SU-8薄膜，对所述SU-8薄膜进行光刻图形化得到第二柔性封装层。
本发明具有如下有益效果：
1、本发明提供的神经成像系统利用所述记录镜头来实现在体成像技术，可以在自由活动状态下记录特定神经元或者神经递质活动；
2、本发明提供的神经成像系统将所述柔性植入式神经电极的电生理记录与所述记录镜头的荧光成像相结合，可以直观建立神经活动与神经递质间的因果关联；
3、本发明提供的神经成像系统通过荧光体现神经递质/特定神经元的活动再通过电生理方法观测到相应的电活动改变，将有机会进一步回答灵长动物脑活动的神经机制。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或者现有技术中的技术方案，下面将对实施例或者现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它附图。
图1是本发明实施例一提供的具有光电刺激和记录功能的神经成像系统的结构分解图；
图2是图1中A的放大示意图；
图3是本发明实施例一提供的具有光电刺激和记录功能的神经成像系统的结构示意图；
图4是图3中B的放大示意图；
图5是本发明实施例二提供的制备具有光电刺激和记录功能的神经成像系统的方法流程图；
图6是本发明实施例二提供的柔性植入式神经电极的剖面示意图；
图7是本发明实施例三提供的实际用于光遗传学研究的实验示意图；
图中：1-柔性植入式神经电极，2-PCB电路板，3-记录相机，31-记录镜头，4-柔性缆线，5-柔性聚合物衬底，6-特制夹具，7-基底，8-镍牺牲层，9-金属互联层，10-第一柔性封装层，11-记录电极层，12-第二柔性封装层，13-头部固定器，14-动物实验平台，15-金属导线，16-信号放大器，17电脑。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本发明进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。
实施例一
本实施例提供了一种具有光电刺激和记录功能的神经成像系统，如图1至图4所示，所述神经成像系统包括柔性植入式神经电极1、PCB电路板2和记录相机3。所述柔性植入式神经电极1设置于所述神经成像系统的前端，所述柔性植入式神经电极1分别与所述PCB电路板2和所述记录相机3连接，所述PCB电路板2通过柔性缆线4与所述神经成像系统的后端脑电专用处理芯片(图中未示出)连接。具体的，所述柔性植入式神经电极1上的柔性聚合物衬底5与所述PCB电路板2焊接，并通过3D打印制造的特制夹具6与所述记录相机3上的至少一个记录镜头31连接。所述柔性植入式神经电极1的柔性部分受到重力作用自然下垂，由于毛细张力作用附着于所述记录镜头31上。优选的，所述记录镜头31选用光纤镜头，因为光纤镜头非常细小，而且可以弯曲，成像质量也非常好，更适合于临床操作中使用。
如图6所示，所述柔性植入式神经电极1包括金属互联层9和记录电极层11，所述记录电极层11上设置有多个电极位点，所述电极位点用于记录电生理信号；所述金属互联层9位于所述记录电极层11的下方，所述金属互联层9包括多根金属导线，多个所述电极位点分别通过多根所述金属导线与所述PCB电路板2连接，从而将神经信号传输到所述后端脑电专用处理芯片，以便所述后端脑电专用处理芯片采集所述神经成像系统的前端获得的脑电信号并对获得的脑电信号进行进一步分析处理。
如图6所示，所述柔性植入式神经电极1还包括柔性聚合物衬底5、第一柔性封装层10和第二柔性封装层12，所述第一柔性封装层10、所述第二柔性封装层12和所述柔性聚合物衬底5均采用柔性聚合物材料制成。所述柔性聚合物衬底5设置于所述金属互联层9的下方，所述第一柔性封装层10设置于所述记录电极层11与所述金属互联层9之间，用于隔离所述记录电极层11与所述金属互联层9，所述第二柔性封装层12设置于所述记录电极层11的上方。
实施例二
本实施例提供了一种制备上述具有光电刺激和记录功能的神经成像系统的方法，参见图5、图6、图1和图3，该方法包括以下步骤：
S1：准备洁净的基底7备用。
优选的，所述基底7选用厚度为300-500μm(例如400μm)的单抛硅片，将所述单抛硅片清洗干净备用。
S2：在步骤S1准备好的基底7上制备得到镍牺牲层8。
具体的，在步骤S1准备好的单抛硅片上先通过光刻将光刻胶(例如SU-8光刻胶)图形化，在所述光刻胶上通过热蒸发沉积工艺制备一层厚度为50-150nm(例如100nm)的金属镍，再通过剥离工艺图形化得到镍牺牲层8。
S3：在步骤S2得到的镍牺牲层8上制备柔性聚合物衬底5。
具体的，在步骤S2制备的镍牺牲层8上以2000-4000r/min(例如3000r/min)的转速旋涂SU-8光刻胶，旋涂时间为20-40s(例如30s)，制备一层厚度为400-600nm(例如500nm)的SU-8薄膜，通过光刻图形化得到柔性聚合物衬底5。
S4：在步骤S3制备的柔性聚合物衬底5上形成金属互联层9。
具体的，在步骤S3制备的柔性聚合物衬底5上进行光刻图形化后，采用热蒸发沉积工艺制备一层厚度为5nm/50nm-10nm/100nm(例如10nm/100nm)的铬/金合金层，通过剥离工艺图形化得到金属互联层9。
S5：在步骤S4形成的金属互联层9上制备得到第一柔性封装层10。
具体的，在步骤S4形成的金属互联层9上以2000-4000r/min(例如3000r/min)的转速旋涂SU-8光刻胶，旋涂时间为20-40s(例如30s)，制备一层厚度为400-600nm(例如500nm)的SU-8薄膜，通过光刻图形化得到第一柔性封装层10。
S6：在步骤S5得到的第一柔性封装层10上形成记录电极层11。
具体的，在步骤S5得到的第一柔性封装层10上进行光刻图形化后，采用热蒸发沉积工艺制备一层厚度为5nm/50nm-10nm/100nm(例如10nm/100nm)的铬/金合金层，通过剥离工艺图形化得到记录电极层11。
S7：在步骤S6得到的记录电极层11上制备得到第二柔性封装层12。
具体的，在步骤S6得到的记录电极层11上以2000-4000r/min(例如3000r/min)的转速旋涂SU-8光刻胶，旋涂时间为20-40s(例如30s)，制备一层厚度为400-600nm(例如500nm)的SU-8薄膜，通过光刻图形化得到第二柔性封装层12。
S8：将步骤S7所得的结构与PCB电路板2连接。
具体的，将步骤S7所得的结构与所述PCB电路板2焊接。
S9：刻蚀除去步骤S7所得结构上的镍牺牲层8，将刻蚀后得到的结构从所述基底7上释放，即得到柔性植入式神经电极1；
具体的，刻蚀除去步骤S7所得结构上的镍牺牲层8，将刻蚀后得到的结构从所述单抛硅片上释放，即得到柔性植入式神经电极1。
S10：将步骤S9得到的所述柔性植入式神经电极1通过特制夹具6与记录相机3上的至少一个记录镜头31连接，即得到所述具有光电刺激和记录功能的神经成像系统。
具体的，将步骤S9得到的所述柔性植入式神经电极1通过3D打印制造的特制夹具6与所述记录相机3上的至少一个记录镜头31连接。优选的，所述记录镜头31选用光纤镜头，因为光纤镜头非常细小，而且可以弯曲，成像质量也非常好，更适合于临床操作中使用。
当所述柔性植入式神经电极1与所述记录镜头31连接后，所述柔性植入式神经电极1的柔性部分受到重力作用自然下垂，由于毛细张力作用附着于所述记录镜头31上，即得到所述具有光电刺激和记录功能的神经成像系统。
本实施例以柔性聚合物材料作为衬底，通过MEMS微加工工艺制造出所述记录电极层11和所述金属互联层9，并通过刻蚀所述镍牺牲层8将所述柔性植入式神经电极1部分从所述单抛硅片上剥离，得到所述柔性植入式神经电极1。进一步的，本实施例通过3D打印制造的特制夹具6将所述柔性植入式神经电极1与所述记录镜头31结合，在所述柔性植入式神经电极1被剥离后，所述柔性植入式神经电极1的柔性部分受重力作用自然下垂，由于毛细张力作用附着在所述记录镜头31上，即得到集成光、电信号刺激和记录功能的神经成像系统。
实施例三
本实施例提供了一种将上述具有光电刺激和记录功能的神经成像系统应用于光遗传学研究的实验方法。本实施例中实际用于光遗传学研究的实验示意图如图7所示。利用头部固定器13将小鼠固定在动物实验平台14上，通过立体定位仪将所述柔性植入式神经电极1与所述记录相机3上的记录镜头31的结合体植入到提前进行光遗传学病毒转录的小鼠脑内，将所述记录镜头31的后端与一LED光源(图中未示出)连接，从而通过所述记录镜头31对小鼠实施光遗传学刺激，所述LED光源波长取决于光遗传学所采用的视蛋白的敏感波长，借助荧光指示剂可以通过所述记录镜头31对神经细胞进行荧光成像，从而观察神经递质的变化情况，神经细胞的电生理信号可以通过所述柔性植入式神经电极1上的记录电极层11记录，将获取到的神经细胞的电生理信号经过通过金属导线15传输到信号放大器16，经过信号放大器16的处理后传输到电脑17进行进一步的数据处理，利用动物实验平台14对小鼠进行行为学方面的相关研究。
本实施例提供的神经成像系统将所述柔性植入式神经电极的电生理记录与所述记录镜头的荧光成像相结合，实现对光、电信号结合的神经元成像。具体的，本实施例提供的神经成像系统利用所述记录镜头来实现在体成像技术，可以在自由活动状态下记录特定神经元或者神经递质活动，通过将此技术与在体电生理记录进行同步应用，从而可以直观建立神经活动与神经递质间的因果关联。由于与单纯的荧光成像相比，电生理记录是对电活动的直接测量，具有最高的时间分辨率，属于体现神经活动的金标准，且其实验对象在灵长类甚至人上更为适用，因此，通过荧光体现递质/特定神经元的活动再通过电生理方法观测到相应的电活动改变，将有机会进一步回答灵长动物脑活动的神经机制。
与现有技术相比，本发明具有如下优点：
1、本发明提供的神经成像系统利用所述记录镜头来实现在体成像技术，可以在自由活动状态下记录特定神经元或者神经递质活动；
2、本发明提供的神经成像系统将所述柔性植入式神经电极的电生理记录与所述记录镜头的荧光成像相结合，可以直观建立神经活动与神经递质间的因果关联；
3、本发明提供的神经成像系统通过荧光体现神经递质/特定神经元的活动再通过电生理方法观测到相应的电活动改变，将有机会进一步回答灵长动物脑活动的神经机制。
应当注意的是，以上实施例只为解释说明所用，而不应被当成是对本发明所包含内容范围的限制。由于受篇幅限制，发明人仅对较为典型的实施方法进行了描述，但本领域技术人员应当充分认识到本发明可以针对未脱离发明内容主旨的创新点及优点作相关修改，且所有这类修改都应包含在本发明所定义的和等同意义的内容范围之内。
Claims (14)
1.一种具有光电刺激和记录功能的神经成像系统，其特征在于，包括柔性植入式神经电极(1)、PCB电路板(2)和记录相机(3)，
所述PCB电路板(2)和所述记录相机(3)分别与所述柔性植入式神经电极(1)连接。
2.根据权利要求1所述的具有光电刺激和记录功能的神经成像系统，其特征在于，所述柔性植入式神经电极(1)通过特制夹具(6)与所述记录相机(3)连接。
3.根据权利要求1所述的具有光电刺激和记录功能的神经成像系统，其特征在于，所述记录相机(3)包括至少一个记录镜头(31)，所述柔性植入式神经电极(1)的柔性部分附着于所述记录镜头(31)上。
4.根据权利要求1所述的具有光电刺激和记录功能的神经成像系统，其特征在于，所述柔性植入式神经电极(1)包括依次设置的记录电极层(11)和金属互联层(9)，
所述记录电极层(11)上设置有多个用于记录电生理信号的电极位点，
所述金属互联层(9)包括多根金属导线，多个所述电极位点分别通过多根所述金属导线与所述PCB电路板(2)连接。
5.根据权利要求4所述的具有光电刺激和记录功能的神经成像系统，其特征在于，所述柔性植入式神经电极(1)还包括柔性聚合物衬底(5)、第一柔性封装层(10)和第二柔性封装层(12)，
所述金属互联层(9)设置于所述柔性聚合物衬底(5)上，
所述第一柔性封装层(10)设置于所述记录电极层(11)与所述金属互联层(9)之间，
所述第二柔性封装层(12)设置于所述记录电极层(11)的上方。
6.根据权利要求5所述的具有光电刺激和记录功能的神经成像系统，其特征在于，所述第一柔性封装层(10)、所述第二柔性封装层(12)和所述柔性聚合物衬底(5)均采用柔性聚合物材料制成。
7.一种制备如权利要求1-6中任一项所述的具有光电刺激和记录功能的神经成像系统的方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：准备洁净的基底(7)备用；
S2：在步骤S1准备好的基底(7)上制备得到镍牺牲层(8)；
S3：在步骤S2得到的镍牺牲层(8)上制备柔性聚合物衬底(5)；
S4：在步骤S3制备的柔性聚合物衬底(5)上形成金属互联层(9)；
S5：在步骤S4形成的金属互联层(9)上制备得到第一柔性封装层(10)；
S6：在步骤S5得到的第一柔性封装层(10)上形成记录电极层(11)；
S7：在步骤S6得到的记录电极层(11)上制备得到第二柔性封装层(12)；
S8：将步骤S7所得的结构与PCB电路板(2)连接；
S9：刻蚀除去步骤S7所得结构上的镍牺牲层(8)，将刻蚀后得到的结构从所述基底(7)上释放，即得到柔性植入式神经电极(1)；
S10：将步骤S9得到的所述柔性植入式神经电极(1)通过特制夹具(6)与记录相机(3)上的至少一个记录镜头(31)连接，即得到所述具有光电刺激和记录功能的神经成像系统。
8.根据权利要求7所述的制备具有光电刺激和记录功能的神经成像系统的方法，其特征在于，所述基底(7)选用厚度为300-500μm的单抛硅片。
9.根据权利要求8所述的制备具有光电刺激和记录功能的神经成像系统的方法，其特征在于，所述步骤S2具体为：在步骤S1准备好的单抛硅片上先通过光刻将光刻胶进行图形化，再通过热蒸发沉积工艺制备一层厚度为50-150nm的金属镍，对所述金属镍进行剥离工艺图形化得到镍牺牲层(8)。
10.根据权利要求9所述的制备具有光电刺激和记录功能的神经成像系统的方法，其特征在于，所述步骤S3具体为：在步骤S2制备的镍牺牲层(8)上以2000-4000r/min的转速旋涂SU-8光刻胶，旋涂时间为20-40s，制备一层厚度为400-600nm的SU-8薄膜，对所述SU-8薄膜进行光刻图形化得到柔性聚合物衬底(5)。
11.根据权利要求10所述的制备具有光电刺激和记录功能的神经成像系统的方法，其特征在于，所述步骤S4具体为：在步骤S3制备的柔性聚合物衬底(5)上通过光刻图形化及热蒸发沉积工艺制备一层厚度为5nm/50nm-10nm/100nm的铬/金合金层，对所述铬/金合金层进行剥离工艺图形化得到金属互联层(9)。
12.根据权利要求11所述的制备具有光电刺激和记录功能的神经成像系统的方法，其特征在于，所述步骤S5具体为：在步骤S4形成的金属互联层(9)上以2000-4000r/min的转速旋涂SU-8光刻胶，旋涂时间为20-40s，制备一层厚度为400-600nm的SU-8薄膜，对所述SU-8薄膜进行光刻图形化得到第一柔性封装层(10)。
13.根据权利要求12所述的制备具有光电刺激和记录功能的神经成像系统的方法，其特征在于，所述步骤S6具体为：在步骤S5得到的第一柔性封装层(10)上通过光刻图形化及热蒸发沉积工艺制备一层厚度为5nm/50nm-10nm/100nm的铬/金合金层，对所述铬/金合金层进行剥离工艺图形化得到记录电极层(11)。
14.根据权利要求13所述的制备具有光电刺激和记录功能的神经成像系统的方法，其特征在于，所述步骤S7具体为：在步骤S6得到的记录电极层(11)上以2000-4000r/min的转速旋涂SU-8光刻胶，旋涂时间为20-40s，制备一层厚度为400-600nm的SU-8薄膜，对所述SU-8薄膜进行光刻图形化得到第二柔性封装层(12)。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202010795038.8A CN111938625A (zh) | 2020-08-10 | 2020-08-10 | 具有光电刺激和记录功能的神经成像系统及其制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202010795038.8A CN111938625A (zh) | 2020-08-10 | 2020-08-10 | 具有光电刺激和记录功能的神经成像系统及其制备方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN111938625A true CN111938625A (zh) | 2020-11-17 |
Family
ID=73333205
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202010795038.8A Pending CN111938625A (zh) | 2020-08-10 | 2020-08-10 | 具有光电刺激和记录功能的神经成像系统及其制备方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN111938625A (zh) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113456089A (zh) * | 2021-06-30 | 2021-10-01 | 中国科学院半导体研究所 | 一种兼顾电生理信号记录的微型荧光成像系统 |
| CN113712575A (zh) * | 2021-07-16 | 2021-11-30 | 清华大学 | 一种全脑多模态神经活动探测的光电脑机接口系统 |
Citations (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20100278746A1 (en) * | 2007-09-06 | 2010-11-04 | The Regents Of The University Of California | Method for Measuring Neurotransmitters in Vivo |
| CN103462600A (zh) * | 2013-09-04 | 2013-12-25 | 中国科学院深圳先进技术研究院 | 光电极组件及光电极在体成像系统 |
| CN106073771A (zh) * | 2016-06-29 | 2016-11-09 | 中国科学院上海微系统与信息技术研究所 | 一种可定制多维度高密度柔性脑部电极及其制作方法 |
| JP2017101957A (ja) * | 2015-11-30 | 2017-06-08 | 国立研究開発法人産業技術総合研究所 | 神経伝達物質イメージング方法 |
| US20170172446A1 (en) * | 2014-04-03 | 2017-06-22 | The Trustees Of The University Of Pennsylvania | Transparent, flexible, low-noise electrodes for simultaneous electrophysiologyand neuro-imaging |
| CN108744268A (zh) * | 2018-03-29 | 2018-11-06 | 北京大学 | 柔性透明碳纳米管神经电极阵列在神经光电界面中的应用 |
| CN110702650A (zh) * | 2019-09-26 | 2020-01-17 | 南京大学 | 一种神经细胞网络化学信号和电信号同步监测方法 |
| KR20200016102A (ko) * | 2018-08-06 | 2020-02-14 | 서울시립대학교 산학협력단 | 뇌 심부 자극 투명 전극 어레이 및 이를 이용한 신경 신호 검출 방법 |
| CN111145962A (zh) * | 2020-01-14 | 2020-05-12 | 浙江清华柔性电子技术研究院 | 柔性电极及其制备方法 |
-
2020
- 2020-08-10 CN CN202010795038.8A patent/CN111938625A/zh active Pending
Patent Citations (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20100278746A1 (en) * | 2007-09-06 | 2010-11-04 | The Regents Of The University Of California | Method for Measuring Neurotransmitters in Vivo |
| CN103462600A (zh) * | 2013-09-04 | 2013-12-25 | 中国科学院深圳先进技术研究院 | 光电极组件及光电极在体成像系统 |
| US20170172446A1 (en) * | 2014-04-03 | 2017-06-22 | The Trustees Of The University Of Pennsylvania | Transparent, flexible, low-noise electrodes for simultaneous electrophysiologyand neuro-imaging |
| JP2017101957A (ja) * | 2015-11-30 | 2017-06-08 | 国立研究開発法人産業技術総合研究所 | 神経伝達物質イメージング方法 |
| CN106073771A (zh) * | 2016-06-29 | 2016-11-09 | 中国科学院上海微系统与信息技术研究所 | 一种可定制多维度高密度柔性脑部电极及其制作方法 |
| CN108744268A (zh) * | 2018-03-29 | 2018-11-06 | 北京大学 | 柔性透明碳纳米管神经电极阵列在神经光电界面中的应用 |
| KR20200016102A (ko) * | 2018-08-06 | 2020-02-14 | 서울시립대학교 산학협력단 | 뇌 심부 자극 투명 전극 어레이 및 이를 이용한 신경 신호 검출 방법 |
| CN110702650A (zh) * | 2019-09-26 | 2020-01-17 | 南京大学 | 一种神经细胞网络化学信号和电信号同步监测方法 |
| CN111145962A (zh) * | 2020-01-14 | 2020-05-12 | 浙江清华柔性电子技术研究院 | 柔性电极及其制备方法 |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113456089A (zh) * | 2021-06-30 | 2021-10-01 | 中国科学院半导体研究所 | 一种兼顾电生理信号记录的微型荧光成像系统 |
| CN113456089B (zh) * | 2021-06-30 | 2023-12-05 | 中国科学院半导体研究所 | 一种兼顾电生理信号记录的微型荧光成像系统 |
| CN113712575A (zh) * | 2021-07-16 | 2021-11-30 | 清华大学 | 一种全脑多模态神经活动探测的光电脑机接口系统 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN110367977B (zh) | 一种光电集成可拉伸柔性神经电极及制备方法 | |
| CN106073771B (zh) | 一种可定制多维度高密度柔性脑部电极及其制作方法 | |
| Ji et al. | Flexible polyimide-based hybrid opto-electric neural interface with 16 channels of micro-LEDs and electrodes | |
| JP6178913B2 (ja) | 装着可能なデバイスに電子回路を封入するシステムおよび方法 | |
| JP6194406B2 (ja) | 装着可能なデバイスに電子回路を封入するシステムおよび方法 | |
| CN111870240B (zh) | 一种热刺激和电记录集成的柔性深部脑电极及其制备方法 | |
| US10426362B2 (en) | Deep-brain probe and method for recording and stimulating brain activity | |
| CN111938625A (zh) | 具有光电刺激和记录功能的神经成像系统及其制备方法 | |
| Ji et al. | Flexible and stretchable opto-electric neural interface for low-noise electrocorticogram recordings and neuromodulation in vivo | |
| CN111939472A (zh) | 一种颅内刺激记录系统及其制备方法 | |
| Schwaerzle et al. | Ultracompact optrode with integrated laser diode chips and SU-8 waveguides for optogenetic applications | |
| CN112259570B (zh) | 用于神经记录和光刺激的柔性脑皮层电极及其制备方法 | |
| CN114631822A (zh) | 一种柔性神经电极、制备方法及设备 | |
| US20200261025A1 (en) | System and method for making and implanting high-density electrode arrays | |
| CN112006685B (zh) | 皮层癫痫脑功能定位柔性微纳电极阵列及其制备方法 | |
| CN107485385B (zh) | 一种超高通量高时空分辨率活体神经元活动检测系统 | |
| Ji et al. | Flexible Optoelectric Neural Interface Integrated Wire-Bonding $\mu $ LEDs and Microelectrocorticography for Optogenetics | |
| CN114376580A (zh) | 一种柔性神经电极及其制备方法、脑机接口 | |
| CN114469113A (zh) | 多通道柔性微针电极及制备方法 | |
| US11484729B2 (en) | Optical relay station-based implantable sensor modules | |
| Wang et al. | An artefact-resist optrode with internal shielding structure for low-noise neural modulation | |
| CN111956218B (zh) | 具有电化学和电生理检测功能的柔性脑电极及其制备方法 | |
| CN114636744A (zh) | 基于纳米多孔膜的微电极阵列芯片及高通量细胞内电信号连续监测系统 | |
| WO2023240700A1 (zh) | 用于与可植入光学器件结合的柔性电极装置及制造方法 | |
| Liu et al. | Transparent artifact-free graphene electrodes for compact closed-loop optogenetics systems |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination |