硅电极

我们制备的光电极阵列是基于光学模块MT连接器 (mechanical transfer connector) 集成的多个光纤阵列。如Figure1所示,为一个MT连接器,长8 mm,宽6 mm,高1.7 mm,重0.19 g,小巧轻便。MT连接器上有十二个直径为125um的光纤插孔,在两侧各有一个直径为700um的定位孔。MT连接器的作用不仅是控制光纤的间距,而且能直接和外部光源耦合。阵列中的每个光电极都有一个共区域化的光出口和电记录点。这种“零距离”的设计有效保证了记录到的神经信号就是发自光刺激到的神经元。

 

我们设计的目标是为了在三维脑区中实现独立的光刺激和对应的神经活动记录。MT头的引入可以快速地提供一个稳定,简单的光源连接。每一个精确修剪了的光纤平行地插入MT头中行使导光功能。光纤的尖端通过湿法腐蚀的方法形成尖角可控的锥形结构,便于光的全方位发散和手术时的植入。在光纤表面有一层沉积的金膜,厚度100nm,用来做记录点和导线。覆盖了金膜的光纤尖端通过光场模拟进行了尖角的角度优化,使发光效率达到最高。这种贴覆式的集成方式保证了电极点与出光口的“零距离”,能有效减小刺激时对输入光强的需求,并更加精准地实现刺激-记录的对应关系。在金属化后的光纤表面沉积了一层厚度可以再纳米量级精确控制的聚对二甲苯薄膜作为绝缘层。这种薄膜具有透明、高保形性,高生物相容性等特点。最终通过干法刻蚀暴露出尖端的金属做电极,并固定上间距1.27 mm的插针作为与外部记录设备连接的接口,得到的光电极如Figure2(a)所示。

 

 

通过扫描电镜观察到的光电极尖端形貌如Figure(b)所示,暴露的尖端长度为80um,发白的区域是导电性能好的金层。利用掩膜干刻的方法可以随意控制尖端暴露的长度,即对记录点的面积实现可控化。为了测试器件的光学性能,将光电极通过多接口连接器 (FC接口) 与两个光源连接,如Figure2(c)所示,波长分别为473 nm和532 nm。利用光功率计测得光电极尖端。