IT202100017012A1 - Tecnica di micro-fabbricazione per strutturare guide d’onda elettromagnetiche non-planari - Google Patents
Tecnica di micro-fabbricazione per strutturare guide d’onda elettromagnetiche non-planari Download PDFInfo
- Publication number
- IT202100017012A1 IT202100017012A1 IT102021000017012A IT202100017012A IT202100017012A1 IT 202100017012 A1 IT202100017012 A1 IT 202100017012A1 IT 102021000017012 A IT102021000017012 A IT 102021000017012A IT 202100017012 A IT202100017012 A IT 202100017012A IT 202100017012 A1 IT202100017012 A1 IT 202100017012A1
- Authority
- IT
- Italy
- Prior art keywords
- mask
- tapered section
- optical fiber
- around
- photoresist
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 26
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims description 10
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 21
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 21
- 239000013307 optical fiber Substances 0.000 claims description 21
- 229920002120 photoresistant polymer Polymers 0.000 claims description 17
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims description 15
- 238000006116 polymerization reaction Methods 0.000 claims description 13
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 12
- 238000000151 deposition Methods 0.000 claims description 8
- 238000005530 etching Methods 0.000 claims description 6
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 3
- 238000013519 translation Methods 0.000 claims description 3
- 239000011810 insulating material Substances 0.000 claims description 2
- 239000007769 metal material Substances 0.000 claims description 2
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims description 2
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims 1
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 13
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 5
- 238000001000 micrograph Methods 0.000 description 5
- 239000000523 sample Substances 0.000 description 5
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 4
- 230000001537 neural effect Effects 0.000 description 4
- 230000005693 optoelectronics Effects 0.000 description 4
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 3
- 238000011161 development Methods 0.000 description 3
- 230000018109 developmental process Effects 0.000 description 3
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 description 3
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 3
- 239000007943 implant Substances 0.000 description 3
- 238000010884 ion-beam technique Methods 0.000 description 3
- 238000000059 patterning Methods 0.000 description 3
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 2
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 2
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 2
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 2
- 238000000608 laser ablation Methods 0.000 description 2
- 150000002739 metals Chemical group 0.000 description 2
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 2
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 2
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 2
- 238000001039 wet etching Methods 0.000 description 2
- 238000005299 abrasion Methods 0.000 description 1
- 230000036982 action potential Effects 0.000 description 1
- 230000003321 amplification Effects 0.000 description 1
- 210000004556 brain Anatomy 0.000 description 1
- 210000005013 brain tissue Anatomy 0.000 description 1
- 230000001413 cellular effect Effects 0.000 description 1
- 210000003169 central nervous system Anatomy 0.000 description 1
- 238000003486 chemical etching Methods 0.000 description 1
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 description 1
- 230000001808 coupling effect Effects 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 238000007598 dipping method Methods 0.000 description 1
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 1
- 238000004070 electrodeposition Methods 0.000 description 1
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 description 1
- 238000005566 electron beam evaporation Methods 0.000 description 1
- 238000010894 electron beam technology Methods 0.000 description 1
- 238000005538 encapsulation Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000002513 implantation Methods 0.000 description 1
- 238000001727 in vivo Methods 0.000 description 1
- 239000012212 insulator Substances 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 238000011835 investigation Methods 0.000 description 1
- 238000007737 ion beam deposition Methods 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 238000003801 milling Methods 0.000 description 1
- 238000003199 nucleic acid amplification method Methods 0.000 description 1
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 description 1
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 1
- 238000007789 sealing Methods 0.000 description 1
- 235000012239 silicon dioxide Nutrition 0.000 description 1
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
- A61B5/0059—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons using light, e.g. diagnosis by transillumination, diascopy, fluorescence
- A61B5/0082—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons using light, e.g. diagnosis by transillumination, diascopy, fluorescence adapted for particular medical purposes
- A61B5/0084—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons using light, e.g. diagnosis by transillumination, diascopy, fluorescence adapted for particular medical purposes for introduction into the body, e.g. by catheters
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
- A61B5/24—Detecting, measuring or recording bioelectric or biomagnetic signals of the body or parts thereof
- A61B5/25—Bioelectric electrodes therefor
- A61B5/279—Bioelectric electrodes therefor specially adapted for particular uses
- A61B5/291—Bioelectric electrodes therefor specially adapted for particular uses for electroencephalography [EEG]
- A61B5/293—Invasive
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
- A61B5/68—Arrangements of detecting, measuring or recording means, e.g. sensors, in relation to patient
- A61B5/6846—Arrangements of detecting, measuring or recording means, e.g. sensors, in relation to patient specially adapted to be brought in contact with an internal body part, i.e. invasive
- A61B5/6867—Arrangements of detecting, measuring or recording means, e.g. sensors, in relation to patient specially adapted to be brought in contact with an internal body part, i.e. invasive specially adapted to be attached or implanted in a specific body part
- A61B5/6868—Brain
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
- C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
- C03C25/00—Surface treatment of fibres or filaments made from glass, minerals or slags
- C03C25/10—Coating
- C03C25/104—Coating to obtain optical fibres
- C03C25/1065—Multiple coatings
- C03C25/1068—Inorganic coatings
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B2562/00—Details of sensors; Constructional details of sensor housings or probes; Accessories for sensors
- A61B2562/02—Details of sensors specially adapted for in-vivo measurements
- A61B2562/0233—Special features of optical sensors or probes classified in A61B5/00
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B2562/00—Details of sensors; Constructional details of sensor housings or probes; Accessories for sensors
- A61B2562/02—Details of sensors specially adapted for in-vivo measurements
- A61B2562/028—Microscale sensors, e.g. electromechanical sensors [MEMS]
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B2562/00—Details of sensors; Constructional details of sensor housings or probes; Accessories for sensors
- A61B2562/12—Manufacturing methods specially adapted for producing sensors for in-vivo measurements
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B2562/00—Details of sensors; Constructional details of sensor housings or probes; Accessories for sensors
- A61B2562/12—Manufacturing methods specially adapted for producing sensors for in-vivo measurements
- A61B2562/125—Manufacturing methods specially adapted for producing sensors for in-vivo measurements characterised by the manufacture of electrodes
Description
DESCRIZIONE dell'invenzione industriale dal titolo: "Tecnica di micro-fabbricazione per strutturare guide d?onda elettromagnetiche non-planari"
DESCRIZIONE
La presente invenzione riguarda in generale le tecniche per realizzare guide d?onda elettromagnetiche multifunzionali a partire da fibre ottiche rastremate.
Il settore delle tecnologie per le interfacce ottiche con il sistema nervoso centrale ha visto importanti sviluppi negli ultimi 10 anni, facendo nascere la necessit? di dispositivi impiantabili in grado di controllare e monitorare l?attivit? cellulare in tre dimensioni e con alta risoluzione spaziotemporale. Questo ha di conseguenza aumentato la richiesta di sviluppare nuovi metodi di fabbricazione per superfici non-planari, al fine di integrare elementi di attuazione e monitoraggio dell?attivit? nervosa lungo e attorno all?asse di impianto. In tale scenario, un approccio di micro-strutturazione (anche noto come ?micro-patterning?) applicabile direttamente a superfici molto curve o su pi? lati di una sonda tridimensionale sarebbe altamente desiderabile, poich? potrebbe aprire la strada alla realizzazione di dispositivi optoelettronici impiantabili che presentano geometrie di interazione complesse con il tessuto attorno all?asse di impianto.
A tale riguardo, le fibre ottiche rastremate (TF) sono recentemente emerse come una promettente piattaforma per la realizzazione di interfacce neurali ottiche ed elettriche, con canali ottici forniti dai modi guidati, e la possibilit? di rivestire con metallo la superficie rastremata che fornisce una superficie non-planare pronta da strutturare. Il rivestimento metallico ha infatti lo scopo di fornire un rivestimento riflettente per ottenere una guida d?onda confinata da metallo, mentre la sua strutturazione pu? permettere di sfruttare la multiplazione a divisione di modo per ottenere una distribuzione di luce selettiva e la realizzazione di contatti elettrici. Le TF sono caratterizzate da una sezione rastremata estendentesi per una lunghezza >0.5mm, con un diametro iniziale tra 50 e 400?m e un diametro della punta <1?m (si veda la rappresentazione schematica in figura 1A), e le loro propriet? di multiplazione a divisione di modo permettono di realizzazione una distribuzione di luce risolta lungo l?asse del dispositivo e/o una raccolta di luce con risoluzione in profondit?. Tuttavia, la realizzazione di circuiti elettronici e dispositivi elettrici sulla sezione rastremata della fibra rappresenta una sfida dal momento che: (i) la superficie rastremata ? non-planare, (ii) il suo raggio di curvatura ? piccolo e diminuisce lungo l?asse della guida d?onda (figura 1B), e (iii) la fibra deve essere strutturata sui suoi 360? di simmetria. Tuttavia, i metodi per strutturare la superficie delle TF sono limitati a poche geometrie e permettono di realizzare un solo sito di registrazione del segnale elettrico per monitorare l?attivit? elettrica delle cellule nelle vicinanze dell?impianto. Tali approcci prevedono l?impiego di abrasione (milling) a fascio ionico focalizzato (FIB) [1, 2], ablazione laser [3, 4], deposizione locale da fascio ionico focalizzato (FIBID) [1]. Quest?ultima permette di depositare localmente platino su uno strato metallico ed ottenere un sito di registrazione del segnale elettrico extracellulare, ma ha la necessit? di lavorare su un sistema che gi? presenti una connessione elettrica [1]. In aggiunta, la realizzazione di due o pi? elettrodi ? limitata dal fatto che ognuno di essi richiederebbe uno strato metallico aggiuntivo, generando effetti di accoppiamento capacitivo che impedirebbero il corretto funzionamento del dispositivo. Un approccio di strutturazione che permetterebbe virtualmente di realizzare qualsiasi geometria personalizzata e molteplici siti di registrazione sui 360? della superficie rastremata aumenterebbe di molto l?insieme di caratteristiche che possono essere integrate sulla sezione rastremata.
A fronte di tale esigenza, forma oggetto dell?invenzione un procedimento per fabbricare una guida d?onda elettromagnetica da una fibra ottica rastremata, comprendente le fasi seguenti:
montare la fibra ottica su un apparato di movimentazione azionabile per traslare la fibra ottica lungo almeno un asse di traslazione e ruotare la fibra ottica attorno a un suo asse longitudinale, immergere una sezione rastremata della fibra ottica in un fotoresist e sottoporre il fotoresist a polimerizzazione a due fotoni per realizzare una prima maschera definente la forma di almeno una finestra ottica,
sottoporre la sezione rastremata mascherata a una pluralit? di flussi direzionali di materiale metallico per realizzare un primo strato metallico attorno alla sezione rastremata, che lascia esposto almeno un bordo laterale della prima maschera, rimuovere la prima maschera mediante attacco chimico in modo da esporre detta almeno una finestra ottica,
depositare un primo strato trasparente e conforme attorno alla sezione rastremata, detto primo strato trasparente e conforme essendo di materiale isolante,
depositare un secondo strato metallico attorno allo strato isolante,
immergere la sezione rastremata nel fotoresist e sottoporre il fotoresist a polimerizzazione a due fotoni per realizzare, in corrispondenza della rastremazione, una seconda maschera definente la forma di almeno una pista conduttiva,
rimuovere mediante attacco chimico il secondo strato metallico dove il secondo strato metallico non ? coperto dalla seconda maschera, e rimuovere la seconda maschera mediante attacco chimico in modo da esporre detta almeno una pista conduttiva.
Il procedimento secondo l?invenzione permette di conseguire i seguenti vantaggi:
- possibilit? di realizzare canali ottici ed elettrici con gli stessi processi tecnologici (deposizione conforme di metalli e isolanti, polimerizzazione a due fotoni, wet etching)
- patterning di superfici non-planari
- patterning a 360? di una guida d?onda rastremata con raggio di curvatura piccolo e non costante - il processo permette di realizzare disposizioni arbitrarie di finestre ed elettrodi sulla superficie rastremata, incluse specifiche geometrie di elettrodi per la triangolazione del segnale neurale, o tetrodi. Il metodo pu? essere esteso alla parte non rastremata della fibra ottica
- la realizzazione di elettrodi attorno all?impianto permette un?indagine elettrofisiologica tridimensionale, ad esempio registrando i segnali elettrici attorno all?impianto
- la possibilit? di realizzare elettrodi tutt?attorno all?impianto permette di realizzare dispositivi che possono eliminare la cosiddetta schermatura da campo elettrico (EFS). L?EFS si presenta tipicamente nelle sonde planari standard con elettrodi su un lato solo del dispositivo, rendendo difficile la lettura del segnale elettrico delle cellule posizionate dietro il dispositivo
- quasi tutti i passi del metodo possono essere parallelizzati, e pertanto pi? fibre possono essere lavorate contemporaneamente
- ? possibile interfacciare la guida d?onda tridimensionale con un dispositivo bidimensionale standard, tramite una scheda a circuiti stampati dedicata.
Ulteriori caratteristiche e vantaggi del procedimento secondo l?invenzione verranno presentati nella seguente descrizione dettagliata, che si riferisce ai disegni allegati, forniti unicamente a titolo di esempio non limitativo, in cui:
- la figura 1 riporta: A ? la rappresentazione schematica di una fibra ottica rastremata rivestita con metallo, B ? l?andamento del raggio di curvatura della sezione rastremata r(y) lungo la direzione dell?asse della fibra;
- la figura 2a riporta la rappresentazione schematica di un dispositivo optoelettronico realizzabile con il procedimento secondo l?invenzione; - le figure 2b e 2c sono viste in scala ingrandita di dettagli rispettivamente indicati con IIb e IIc in figura 2a;
- la figura 3 riporta i passi di un procedimento di fabbricazione di una guida d?onda secondo l?invenzione;
- le figure 4a-4c riportano differenti esempi di una interfaccia a circuiti stampati per la guida d?onda di figura 3;
- la figura 5 riporta immagini di prototipi ottenuti con il procedimento secondo l?invenzione;
- la figura 6 riporta immagini di risultati sperimentali relativi ad alcuni passi di fabbricazione del procedimento secondo l?invenzione.
Si descrive ora un procedimento per realizzare un dispositivo optoelettronico basato su fibre ottiche rastremate, in particolare un?interfaccia neurale optoelettronica. Un dispositivo di questo tipo ? descritto ad esempio in WO 2015/008233 A1 e WO 2018/167685 A1 della stessa Richiedente.
Un esempio di tale dispositivo ? rappresentato in figura 2, e comprende essenzialmente due parti: una sonda impiantabile micro-strutturata, indicata con 10 e comprendente elettrodi 11 per la registrazione elettrica dell?attivit? neurale e finestre ottiche 12 per permettere l?emissione e la raccolta di luce nel tessuto cerebrale con risoluzione in profondit?, e un?interfaccia a circuiti stampati 20 che serve come interfaccia fra l?elettronica non-planare sulla sonda 10 e una scheda planare a circuiti stampati 30.
La sonda 10 ? in sostanza una guida d?onda elettromagnetica comprendente una fibra ottica rastremata. In figura 2b ? evidente la rastremazione in corrispondenza della punta della guida d?onda/fibra ottica, indicata con 13.
La fibra (e quindi le finestre ottiche 12) riceve e invia luce da/a sistemi esterni attraverso una connessione a ferrula 31, mentre il segnale raccolto dagli elettrodi 11 ? inviato a un amplificatore esterno attraverso un connettore 32 sulla scheda planare 30. In alternativa (come verr? descritto pi? avanti), l?interfaccia a circuiti stampati 20 pu? essere configurata per inviare il segnale raccolto dagli elettrodi 11 a un amplificatore esterno attraverso un connettore integrato sull?interfaccia a circuiti stampati 20, senza necessit? di una scheda planare 20.
Le finestre ottiche 12 sono utilizzate per distribuire e/o raccogliere luce sul/dal tessuto, mentre gli elettrodi 11 sono impiegati per rilevare campi elettrici nelle vicinanze, legati all?attivit? cellulare. Sia gli uni sia le altre sono fabbricati lungo e attorno alla sezione rastremata 13 con un processo multistadio rappresentato in figura 3, che permette la loro realizzazione nonostante il raggio piccolo e non costante della curvatura r(y), che pu? scendere al disotto di 1?m.
Il processo inizia montando una fibra ottica rastremata 1 su un apparato di movimentazione rototraslazionale RT azionabile per traslare la fibra ottica lungo almeno un asse di traslazione, preferibilmente lungo tre assi ortogonali x, y e z, nonch? per ruotare la fibra ottica 1 attorno a un suo asse longitudinale, che nell?esempio coincide con l?asse y. L?angolo di rotazione ? indicato con ? (figura 3(i)). Tramite l?apparato RT la fibra rastremata 1 viene immersa in una gocciolina D di fotoresist negativo supportata da un substrato S. La sezione rastremata 13 della fibra viene quindi sottoposta a un processo di polimerizzazione a due fotoni (2PP); uno o pi? fasci focalizzati FB a impulsi fs (femtosecondi) vengono scansionati sulla sezione rastremata 13 (controllando il movimento della sezione rastremata tramite l?apparato RT) per realizzare una maschera polimerica 41. La 2PP permette di ottenere uno spot di polimerizzazione con dimensioni nel piano xy (dxy) e lungo la direzione z (dz) al disotto del limite di diffrazione, e quindi pi? piccole del raggio di curvatura r(y) in corrispondenza della sezione nella quale viene effettuata la polimerizzazione (cio?, dxy<<r(y) e dz<<r(y)). Quantitativamente, per un dato dxy e dz, il valore minimo di r(y) che pu? ospitare la maschera realizzata con il processo 2PP pu? essere valutato risolvendo la seguente equazione:
Tale condizione, insieme con la possibilit? di roto-traslare la fibra 1 e scansionare pi? fasci permette di affrontare la non-planarit? della superficie rastremata 13 e garantisce una buona adesione della struttura polimerica 41 dopo lo sviluppo del fotoresist (figura 3(ii)).
La fibra viene quindi sistemata nella camera di un sistema per l?evaporazione direzionale di metalli (ad esempio un evaporatore a fascio elettronico) ed esposta a una pluralit? di differenti flussi direzionali di metallo (nell?esempio, tre flussi DF), in modo tale da ricoprire la sezione rastremata 13 con un primo strato metallico 42, lasciando per? esposto il bordo laterale della maschera 41 (figura 3(iii). Ci? viene ottenuto effettuando una pluralit? di differenti evaporazioni ad angoli ? diversi, ad es. tre differenti evaporazioni separate con angoli ?1 e ?2 pari a circa 120?, ma tali valori dipendono dall?altezza e dalla forma della/e struttura/e da realizzare. Il rapporto d?aspetto della maschera polimerica 41 ? generalmente maggiore di 1 per ridurre la quantit? di materiale depositato sulle superfici laterali della maschera (ad esempio per un pattern quadrato 15?m x 15?m l?altezza pu? essere ~20?m).
Riguardo alla forma della maschera polimerica 41, possono essere realizzati ad esempio pattern quadrati, rettangolari o circolari, e controllando adeguatamente l?apparecchiatura di focalizzazione laser la forma pu? essere definita liberamente tenendo conto dei limiti dell?equazione (1).
A seguito della rimozione chimica della maschera 41 di fotoresist, si ottengono una o pi? finestre ottiche 12 sulla sezione rastremata 13 (figura 3(iv)), ricavate attraverso il primo strato metallico 42.
Si deposita quindi uno strato isolante 43 trasparente e conforme, mediante deposizione chimica da fase vapore (ad esempio di parylene-c) o evaporazione da fascio elettronico (ad esempio di biossido di silicio), come schematicamente mostrato in figura 3(v).
Si deposita quindi un secondo strato metallico 44 tutto attorno alla fibra (figura 3(vi)), che serve da substrato per le tracce elettriche.
Il dispositivo viene nuovamente inserito nella goccia D di fotoresist e la 2PP viene utilizzata per definire una nuova maschera 51 di fotoresist sulla superficie rastremata 13, definente la geometria di uno o pi? contatti di elettrodo (figura 3(vii)). Il metodo permette di ottenere maschere le cui dimensioni possono andare da qualche micron ai centimetri.
La fibra viene sottoposta a un nuovo passo di sviluppo (figura 3(viii)) e a un successivo wetetching per trasferire la geometria del fotoresist allo strato metallico 44 (figura 3(ix)). Il fotoresist viene chimicamente rimosso (figura 3(x)), rivelando i percorsi metallici costituiti da pad di misurazione 11a (la cui forma pu? essere circolare o rotonda, con dimensioni che vanno da qualche micrometro a pochi millimetri), pad di connessione 11b (dimensioni da qualche decina di micrometri a pochi mm) e tracce elettriche 11c (lunghezze rappresentative da pochi mm a alcuni cm, con dimensioni trasversali tipicamente fra pochi micron e circa 20?m). I pad di misurazione 11a definiscono i punti in corrispondenza dei quali il segnale viene rilevato per esposizione diretta all?elettrolita, mentre i pad di connessione 11b sono utilizzati, in combinazione con l?interfaccia a circuiti stampati 20, per interfacciare gli elettrodi 11a, b, c con la scheda planare a circuiti stampati 30.
Il sistema viene quindi isolato con un secondo strato 52 trasparente e conforme di polimero o semiconduttore, agente anche come incapsulamento di tenuta del dispositivo per permettere il funzionamento in ambienti liquidi.
Mediante ablazione laser a fotone singolo o a due fotoni, o mediante abrasione con fascio ionico focalizzato (FIB) (figura 3(xi)), si ricava quindi un recesso 53 nel secondo strato trasparente 52 in corrispondenza dei pad di misurazione 11a (figura 3(xii)). Si deposita poi, mediante deposizione con fascio ionico focalizzato o deposizione elettrochimica, un terzo strato metallico 54 solo nel recesso 53 (figura 3(xiii)) con lo scopo di regolare l?impedenza finale dell?elettrodo a valori nell?intervallo da 0.2 M? a 2 M?.
Fra i passi (x) e (xi), cio? prima della realizzazione del secondo strato trasparente 52, la fibra 1 viene rimossa dall?apparato di movimentazione RT e montata sull?interfaccia a circuiti stampati 20 specificamente progettata per interfacciare gli elettrodi 11a, b, c alla scheda planare 30 per la connessione a un sistema di amplificazione esterno. Le figure 4a e 4b mostrano due esempi di realizzazione per l?interfaccia 20, ciascuno dei quali comprende una prima sede 201 configurata per ricevere la guida d?onda elettromagnetica 10, una seconda sede 202 allineata con la prima sede 201 e configurata per ricevere un cavo ottico 100 collegato con la guida d?onda elettromagnetica 10 (si veda anche la figura 2c). L?interfaccia 20 comprende inoltre almeno due piste conduttive 203, ciascuna delle quali comprende un pad di connessione distale 204 affacciato sulla prima sede 201 e configurato per essere saldato a un rispettivo pad di connessione 11b di uno degli elettrodi 11 della guida d?onda elettromagnetica 10, e un pad di connessione prossimale 205 configurato per essere saldato a un rispettivo contatto della scheda planare 30. La figura 4a mostra un esempio (simile a quello di figura 2c) dove i pad di connessione distali 204 sono ricavati su una faccia superiore dell?interfaccia 20 (rappresentata in alto in figura 4a), e i pad di connessione prossimali 205 sono ricavati su una faccia inferiore dell?interfaccia 20 (rappresentata in basso in figura 4a). Le piste conduttive 203 che collegano i pad di connessione distali 204 ai pad di connessione prossimali 205 sono ricavate attraverso lo spessore dell?interfaccia 20, come si pu? vedere in figura 2c. La figura 4b mostra invece un esempio dove pad di connessione distali 204, pad di connessione prossimali 205 e piste conduttive 203 sono ricavati sulla stessa faccia dell?interfaccia 20. Come nell?esempio delle figure 2a-c, l?interfaccia a circuiti stampati 20 serve per permettere la connessione della guida d?onda elettromagnetica 10 a una scheda planare 30, la quale ? a sua volta responsabile per la connessione ad amplificatori esterni. In figura 4c ? rappresentato un esempio alternativo dove l?interfaccia a circuiti stampati, sempre indicata con 20, agisce come interfaccia indipendente con sistemi esterni standard, senza necessit? di una scheda planare (le due immagini riportate sono viste dell?interfaccia prese da direzioni differenti). L?esempio di interfaccia di figura 4c presenta pertanto un connettore integrato 32 per la connessione ai sistemi esterni. In questo caso, i pad di connessione distali sono direttamente collegati al connettore 32.
Risultati preliminari del processo di fabbricazione sopra descritto sono riportati in figura 5. Il riquadro A mostra un?immagine al microscopio che mostra un dettaglio su un elettrodo ottenuto con la procedura descritta, e un grafico relativo ai potenziali d?azione registrati in vivo nel tessuto cerebrale di topo da tre differenti cellule. Il riquadro B riporta immagini al microscopio (a diversi ingrandimenti) che mostrano elettrodi multipli realizzati sulla stessa punta, composti da pad di misurazione, piste conduttive e pad di connessione. Il riquadro C ? un?immagine al microscopio che mostra strutture polimeriche realizzate tutto attorno alla sezione rastremata per dimostrare l?adeguatezza dell?approccio descritto ad essere sfruttato sull?intera superficie rastremata. Il riquadro D riporta la fotografia di un?interfaccia a circuiti stampati realizzata con materiali polimerici, con una fibra rastremata e strutturata montata su di essa e collegata a un cavo ottico. Tale configurazione corrisponde a quella della figura 4a, e pu? essere saldata a una scheda planare per interfacciarsi con amplificatori convenzionali.
La figura 6 mostra invece risultati preliminari riguardanti i passi cruciali del processo di fabbricazione sopra descritto, cio? la realizzazione delle maschere polimeriche e il trasferimento della loro geometria sulla superficie rastremata non-planare. Le tre immagini in alto sono immagini al microscopio che mostrano un dettaglio della punta al termine di tre diversi passi di realizzazione di un pad di misurazione, in particolare:
- immagine in alto a sinistra: dopo lo sviluppo del fotoresist (passo (viii))
- immagine in alto al centro: dopo l?attacco chimico per la rimozione del metallo non mascherato (passo (ix))
- immagine in alto a destra: dopo la rimozione del fotoresist (passo (x)).
Le tre immagini in basso sono immagini al microscopio di una pista conduttiva realizzata sulla punta, in diverse scale di ingrandimento.
Claims (5)
1. Procedimento per fabbricare una guida d?onda elettromagnetica (10) multifunzionale da una fibra ottica rastremata (1), comprendente le fasi seguenti:
montare la fibra ottica (1) su un apparato di movimentazione (RT) azionabile per traslare la fibra ottica (1) lungo almeno un asse di traslazione (x, y, z) e ruotare la fibra ottica (1) attorno a un suo asse longitudinale (y),
immergere una sezione rastremata (13) della fibra ottica (1) in un fotoresist e sottoporre il fotoresist a polimerizzazione a due fotoni per realizzare una prima maschera (41) definente la forma di almeno una finestra ottica (12),
sottoporre la sezione rastremata mascherata (13) a una pluralit? di flussi direzionali (DF) di materiale metallico per realizzare un primo strato metallico (42) attorno alla sezione rastremata (13), che lascia esposto almeno un bordo laterale della prima maschera (41),
rimuovere la prima maschera (41) mediante attacco chimico in modo da esporre detta almeno una finestra ottica (12),
depositare un primo strato trasparente e conforme (43) attorno alla sezione rastremata (13), detto primo strato trasparente e conforme essendo di materiale isolante,
depositare un secondo strato metallico (44) attorno allo strato isolante (43),
immergere la sezione rastremata (13) nel fotoresist e sottoporre il fotoresist a polimerizzazione a due fotoni per realizzare, in corrispondenza della sezione rastremata (13), una seconda maschera (51) definente la forma di almeno una pista conduttiva (11; 11a, 11b, 11c),
rimuovere mediante attacco chimico il secondo strato metallico (44) dove il secondo strato metallico non ? coperto dalla seconda maschera (51), e rimuovere la seconda maschera (51) mediante attacco chimico in modo da esporre detta almeno una pista conduttiva.
2. Procedimento secondo la rivendicazione 1, comprendente inoltre depositare un secondo strato trasparente e conforme (52) attorno alla sezione rastremata (13), detto secondo strato trasparente e conforme essendo di materiale polimerico o semiconduttore.
3. Procedimento secondo la rivendicazione 2, comprendente inoltre
ricavare almeno un recesso (53) in corrispondenza di almeno un pad di misurazione (11a) di detta almeno una pista conduttiva, e
depositare un terzo strato metallico (54) in corrispondenza di detto almeno un recesso.
4. Procedimento secondo una delle rivendicazioni precedenti, comprendente inoltre
montare la guida d?onda elettromagnetica (10) su una interfaccia a circuiti stampati (20), detta interfaccia a circuiti stampati comprendendo
una prima sede (201) configurata per ricevere la guida d?onda elettromagnetica (20),
una seconda sede (202) allineata con la prima sede (201) e configurata per ricevere un cavo ottico (100) collegato con la guida d?onda elettromagnetica (10), e
almeno una pista conduttiva (203) comprendente un pad di connessione distale (204) affacciato sulla prima sede (201) e configurato per essere saldato a un rispettivo pad di connessione (11b) di detta almeno una pista conduttiva della guida d?onda elettromagnetica.
5. Procedimento secondo una delle rivendicazioni precedenti, in cui durante la polimerizzazione a due fotoni la fibra ottica (1) viene fatta ruotare attorno al suo asse longitudinale (y) per mezzo dell?apparato di movimentazione (RT).
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| IT102021000017012A IT202100017012A1 (it) | 2021-06-29 | 2021-06-29 | Tecnica di micro-fabbricazione per strutturare guide d’onda elettromagnetiche non-planari |
| PCT/IB2022/055986 WO2023275737A1 (en) | 2021-06-29 | 2022-06-28 | A microfabrication technique for structuring non-planar electromagnetic waveguides |
| EP22741855.5A EP4362774A1 (en) | 2021-06-29 | 2022-06-28 | A microfabrication technique for structuring non-planar electromagnetic waveguides |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| IT102021000017012A IT202100017012A1 (it) | 2021-06-29 | 2021-06-29 | Tecnica di micro-fabbricazione per strutturare guide d’onda elettromagnetiche non-planari |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| IT202100017012A1 true IT202100017012A1 (it) | 2022-12-29 |
Family
ID=77802109
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| IT102021000017012A IT202100017012A1 (it) | 2021-06-29 | 2021-06-29 | Tecnica di micro-fabbricazione per strutturare guide d’onda elettromagnetiche non-planari |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| EP (1) | EP4362774A1 (it) |
| IT (1) | IT202100017012A1 (it) |
| WO (1) | WO2023275737A1 (it) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20050232544A1 (en) * | 2004-04-14 | 2005-10-20 | Girsh Blumberg | Plasmon-enhanced tapered optical fibers |
| WO2015008233A1 (en) | 2013-07-17 | 2015-01-22 | Fondazione Istituto Italiano Di Tecnologia | Optogenetic tool for multiple and independently addressing of patterned optical windows |
| WO2018167685A1 (en) | 2017-03-15 | 2018-09-20 | Fondazione Istituto Italiano Di Tecnologia | System and method for axially resolved light collection from a tapered waveguide |
| US20180325379A1 (en) * | 2013-05-24 | 2018-11-15 | University Of Houston System | Integrated thin-film optrode |
-
2021
- 2021-06-29 IT IT102021000017012A patent/IT202100017012A1/it unknown
-
2022
- 2022-06-28 EP EP22741855.5A patent/EP4362774A1/en active Pending
- 2022-06-28 WO PCT/IB2022/055986 patent/WO2023275737A1/en active Application Filing
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20050232544A1 (en) * | 2004-04-14 | 2005-10-20 | Girsh Blumberg | Plasmon-enhanced tapered optical fibers |
| US20180325379A1 (en) * | 2013-05-24 | 2018-11-15 | University Of Houston System | Integrated thin-film optrode |
| WO2015008233A1 (en) | 2013-07-17 | 2015-01-22 | Fondazione Istituto Italiano Di Tecnologia | Optogenetic tool for multiple and independently addressing of patterned optical windows |
| WO2018167685A1 (en) | 2017-03-15 | 2018-09-20 | Fondazione Istituto Italiano Di Tecnologia | System and method for axially resolved light collection from a tapered waveguide |
Non-Patent Citations (6)
| Title |
|---|
| BALENA, A ET AL.: "Two-photos fluorescence-as-sited laser ablation of non-planar metal surfaces: Fabrication of optical openings on tapered fibers for optical neural interfaces", OPT. EXPRESS, vol. 28, no. 15, 2020, pages 21368 - 21381 |
| PISAN, F ET AL.: "Focused ion beam nanomachining of tapered optical fibers for landed light delivery", MICROELECTRON. ENG., vol. 145, 2018, pages 41 - 49 |
| RIZZO, A ET AL.: "Laser micromachining of tapered optical fibers for spatially selective control of neural activity", MICROELECTRON. ENG., 2018 |
| SANYUAN CHEN ET AL: "Paper;A fiber-based implantable multi-optrode array with contiguous optical and electrical sites;A fiber-based implantable multi-optrode array with contiguous optical and electrical sites", JOURNAL OF NEURAL ENGINEERING, INSTITUTE OF PHYSICS PUBLISHING, BRISTOL, GB, vol. 10, no. 4, 24 July 2013 (2013-07-24), pages 46020, XP020248757, ISSN: 1741-2552, DOI: 10.1088/1741-2560/10/4/046020 * |
| SPAGNOLO BARBARA ET AL: "Integrated tapered fibertrode for simultaneous control and readout of neural activity over small brain volumes with reduced light-induced artefacts", BIORXIV, 5 February 2021 (2021-02-05), XP055902313, Retrieved from the Internet <URL:https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2020.07.31.226795v2.full.pdf> [retrieved on 20220317], DOI: 10.1101/2020.07.31.226795 * |
| SPANISH, B ET AL.: "Integrated tapered fibertrode for simultaneous control and reuse of neural activity over small brain volumes with reduced light-induced artifacts", BIOARXIV, 2020, Retrieved from the Internet <URL:https://doi.org/10.1101/2020.07.31.226795> |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EP4362774A1 (en) | 2024-05-08 |
| WO2023275737A1 (en) | 2023-01-05 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Adly et al. | Printed microelectrode arrays on soft materials: from PDMS to hydrogels | |
| Massey et al. | A high-density carbon fiber neural recording array technology | |
| Dipalo et al. | 3D plasmonic nanoantennas integrated with MEA biosensors | |
| Xie et al. | Three-dimensional macroporous nanoelectronic networks as minimally invasive brain probes | |
| EP3024920B1 (en) | Devices and systems for high-throughput electrophysiology | |
| EP1290431B1 (de) | Verfahren zur herstellung einer vorrichtung für die gleichzeitige durchführung einer elektrochemischen und einer topographischen nahfeldmikroskopie | |
| US10806358B2 (en) | Integrated thin-film optrode | |
| US20130144143A1 (en) | PROBE STRUCTURE CAPABLE OF MEASURING pH LEVEL | |
| US9976120B2 (en) | Tubular scaffold for neural growth | |
| Du et al. | Dual-side and three-dimensional microelectrode arrays fabricated from ultra-thin silicon substrates | |
| US11725170B2 (en) | System and method for three-dimensional in vitro flexible microelectrode array | |
| Le Floch et al. | 3D spatiotemporally scalable in vivo neural probes based on fluorinated elastomers | |
| IT202100017012A1 (it) | Tecnica di micro-fabbricazione per strutturare guide d’onda elettromagnetiche non-planari | |
| KR20120079604A (ko) | 광전달이 가능한 탐침을 구비한 광자극 탐침 구조체 및 그 제조 방법 | |
| CN113767460B (zh) | 检查用连接装置 | |
| 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 | |
| DE102015219023B3 (de) | Vorrichtung zum Analysieren von biologischen Substanzen in einer Testlösung, Herstellungsverfahren und Betriebsverfahren | |
| 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 | |
| US20120024571A1 (en) | Electrode assembly | |
| Sais et al. | Miniaturized Cell Fluorescence Imaging Device Equipped with Multielectrode Array. | |
| Liu et al. | Flexible Dual-Sided Polymer Microelectrode Array for Neurophysiological Recordings from an Insect Brain | |
| Rios | Nanofabricated neural probe system for dense 3-D recordings of brain activity | |
| Armando et al. | A computational model for the design optimization of multi-electrode arrays by aerosol-jet printing | |
| Dong et al. | Automated assembly of high-density carbon fiber electrode arrays for single unit electrophysiological recordings | |
| WO2022118394A1 (ja) | 電極積層体アレイ、湾曲状電極アレイ、湾曲状電極アレイの製造方法及び細胞外電位の計測方法 |