[發(fā)明專利]一種植入式神經(jīng)光電極的后端連接結(jié)構(gòu)及其制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010819615.2
• 申請日: 2020-08-14
• 公開（公告）號: CN112099160B
• 公開（公告）日: 2021-06-22
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 陶虎;顧馳;魏曉玲;周志濤
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所
• 主分類號: G02B6/42
• 分類號: G02B6/42;A61B5/37;A61B5/372;A61B5/377;A61B5/388;A61B5/293;A61B5/294
• 代理公司: 廣州三環(huán)專利商標(biāo)代理有限公司 44202
• 代理人: 郝傳鑫;賈允

本發(fā)明公開了一種植入式神經(jīng)光電極的后端連接結(jié)構(gòu)及其制備方法，其結(jié)構(gòu)包括：柔性輕質(zhì)塑料基板；光纖支架，內(nèi)設(shè)有光纖，光纖支架以預(yù)設(shè)角度固定在柔性輕質(zhì)塑料基板上；光電極探針后端，包括后端硅襯底以及設(shè)在后端硅襯底上的輸入光柵，后端硅襯底與柔性輕質(zhì)塑料基板粘接連接，輸入光柵與光纖的輸出端耦合連接，后端硅襯底上還設(shè)有第一焊盤；PCB板，設(shè)有第二焊盤，第二焊盤與第一焊盤一一對應(yīng)，PCB板與后端硅襯底焊接連接。本發(fā)明提供的后端連接結(jié)構(gòu)基于光柵耦合引入光信號，能降低對準(zhǔn)精度的要求且簡化對準(zhǔn)操作流程；基于倒裝焊接PCB電路板和探針后端焊盤，減少了焊盤間引線長度，從而減小連接電阻和寄生電容，提高了采集的電生理信號的信噪比。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及神經(jīng)科學(xué)的腦機接口領(lǐng)域，尤其涉及一種植入式神經(jīng)光電極的后端連接結(jié)構(gòu)及其制備方法。

背景技術(shù)

光電極是光遺傳工具應(yīng)用的重要組成部分，其功能是把光導(dǎo)入腦內(nèi)調(diào)控神經(jīng)元活動，同時記錄神經(jīng)元電信號在光調(diào)控下變化情況的一種植入式神經(jīng)接口器件。植入式神經(jīng)光電極已被廣泛應(yīng)用于光遺傳學(xué)等神經(jīng)科學(xué)相關(guān)研究，通過微加工工藝制造的光電極探針可以微創(chuàng)地植入腦內(nèi)并對神經(jīng)細(xì)胞進(jìn)行光、電刺激和記錄。通過探針前端采集得到信號需要傳輸?shù)侥X電芯片進(jìn)行處理，而對神經(jīng)細(xì)胞的刺激也需要通過腦電芯片進(jìn)行操控，因而需要有一個后端連接模塊以實現(xiàn)腦電芯片與探針前端之間光、電信號的連接。

其中，電信號的連接常見的有基于引線鍵合(wire-bonding)的方式實現(xiàn)，通過熱壓超聲鍵合并利用金線實現(xiàn)探針后端電焊盤與PCB板上焊盤的連接，但這種連接方式質(zhì)量較差，同時較長的引線會導(dǎo)致較大的連接電阻和寄生電容，影響電信號的質(zhì)量。

其中，光信號的連接常見的有通過光纖與探針上的波導(dǎo)之間對準(zhǔn)邊緣耦合(edge-coupling)來實現(xiàn)，光纖另一端與激光器相連接以提供光源；此外，還有通過在PCB板上直接焊接LD(激光二極管)芯片，并將LD芯片的輸出端直接對準(zhǔn)波導(dǎo)來提供光源。但通過端面耦合實現(xiàn)光連接的方式對對準(zhǔn)精度要求很高，操作過程較為復(fù)雜，而且穩(wěn)定性較差、成品率低。

針對一種將輸入光柵、波導(dǎo)、輸出光柵作為光學(xué)器件層的柔性植入式神經(jīng)光電極，可以利用輸入光柵構(gòu)建新的光信號的連接結(jié)構(gòu)，同時對電信號的連接方式進(jìn)行優(yōu)化，以實現(xiàn)更好的連接質(zhì)量和信號質(zhì)量。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是將植入式神經(jīng)光電極與光源設(shè)備和腦機芯片進(jìn)行連接，并使光、電信號的連接、引出具有更高的連接質(zhì)量和信號質(zhì)量。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明公開了一種植入式神經(jīng)光電極的后端連接結(jié)構(gòu)及其制備方法。具體技術(shù)方案如下所述：

第一方面，本發(fā)明公開了一種植入式神經(jīng)光電極的后端連接結(jié)構(gòu)，所述后端連接結(jié)構(gòu)包括：

柔性輕質(zhì)塑料基板；

光纖支架，所述光纖支架內(nèi)設(shè)有光纖，所述光纖支架以預(yù)設(shè)角度固定在所述柔性輕質(zhì)塑料基板上；

光電極探針后端，包括后端硅襯底以及設(shè)在所述后端硅襯底上的輸入光柵和波導(dǎo)，所述后端硅襯底與所述柔性輕質(zhì)塑料基板粘接連接，所述輸入光柵與所述光纖的輸出端耦合連接，所述后端硅襯底上還設(shè)有第一焊盤，分布在所述輸入光柵和波導(dǎo)的兩側(cè)；

PCB板，所述PCB板上設(shè)有第二焊盤，所述第二焊盤的位置與所述第一焊盤的位置一一對應(yīng)，所述PCB板與所述后端硅襯底焊接連接。

優(yōu)選地，所述設(shè)在所述后端硅襯底上的輸入光柵通過所述波導(dǎo)與光電極探針前端的輸出光柵連接；

所述后端硅襯底上的第一焊盤通過金屬互聯(lián)線與光電極探針前端的電極連接。

優(yōu)選地，所述光纖的輸入端與光源設(shè)備連接，所述光源設(shè)備采用激光器或二極管；

所述PCB板通過柔性纜線與腦電處理芯片連接，所述柔性纜線包括光纖和電纜線。