[发明专利]一种设有多个金属镀层的导电光纤生物电极及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种导电光纤，确切的说是一种在单根光纤上设置多个导电镀层的导电光纤及制备方法，可用于神经学提供导电导光功能。

背景技术

光纤是一种导体，其主要功能是导光，也就是将光信号传输到所需的位置。光纤传输的距离不仅远，而且还同时具有一定的可集成性能，在光子生物学中得到越来越多的应用。最近几年，人们开始使用光纤传导激光脉冲，触发各类神经组织产生神经反应。其原理主要是利用光物理和光化学等作用引起神经细胞膜的特定变化，从而开启细胞膜离子通道，引发神经反应。利用激光触发神经反应的研究刚刚起步，还处于研究阶段，具有很好的应用前景。因此得到了人们越来越多的重视。

相对于激光触发神经，电流触发神经的研究比较成熟，部分研究成果已经成功应用到临床医学中。比如，目前临床上植入的人工耳蜗，就是利用在耳蜗中植入导电电极，利用电流脉冲刺激耳蜗内的螺旋神经节细胞产生听觉。另外，利用电刺激治疗，在医学上也得到临床使用。

电流触发和激光触发两种方案分别具有各自不同的优点和缺点。比如，电流触发的研究比较成熟，触发机理明确，可以有效控制。但是在介质中电流具有不可避免的扩散特性，从而限制了电流触发的分辨率。激光具有很好的方向性，介质中扩散效应较小，能精确聚焦，具有较高的分辨率。但两者触发的机理不同。比如在耳蜗内，电流触发的是螺旋神经节细胞，而激光触发的是耳蜗内残留的具有听觉功能的部分毛细胞。因此开发一种既能用电流触发，又能用激光触发的装置，有助于人们综合利用两者触发优势获得更有效的神经触发。因此急需一种既能导电，又能导光的装置，特别是在单根光纤制备正极和负极两个电极。

目前在光纤外皮层镀膜工艺中，一般采用溅射镀膜法、物理气象沉积法、化学电镀法、静电纺丝法镀膜法等在光纤表面镀一层金属或介电薄膜，以获得导电性。这些方法虽然可以制备良好导电、导光特性的光纤，但是工艺复杂，生产环节较多，对实验设备的要求较高，而且其中的部分方法比如化学电镀法等还会产生较多的化学废液。现有导电光纤的制备方法主要是物理方法，目前与本发明最接近的现有技术有方案有三种。

第一种是一种透明导电光纤及其制备方法，中国专利公开号CN103646720A，公开了一种透明导电光纤及其制备方法。该透明光纤包括裸光纤及包裹在其外侧皮层的透明导电氧化物纳米纤维膜组成。导电氧化物的成分为SnO2、CdO、ZnO、Ga2O3、Cu2O或SrTiO4中的任意一种。该发明给出了兼具透明、导电和导光三重特征的光纤，在光催化和传感领域具有潜在应用。

第二种是中国专利公开号CN103014649A，公开了一种光纤镀膜工艺，该发明通过采用成本低廉的硅材质固定板实现对光纤的夹持，并使用锡箔或铝箔对光纤上不需要镀膜的区域进行保护，使得原本非光纤镀膜用的普通光学镀膜机可以用作为光纤镀膜，价格低廉可重复使用，操作简单、易行。

第三种是中国专利号201410834086.6，一种导电、导光的人工耳蜗电极及其制备技术。该发明主要是在光纤外表面上涂覆一定厚度的纳米银浆，在500度左右的烤炉中烧结成导电涂层的方法。该方法不需要真空设备，无污染，性能可靠，适合制备不同长度的导电光纤。

上述三种方案都可以在光纤上制备导电薄膜，其不足之处在于这些方案制备的导电薄膜都是均匀的涂覆在光纤外表面却不能导通。也就是说，如果想实现导电功能，往往还需要另外再配一根电极实现电流回路。如增加另外一个电极会引起较大的电流扩散，空间分辨率也会受到一定限制。而在单根光纤表面上制备两个独立的电极，则两者就可以构成电流回路，对神经组织进行较高分辨的电流触发。

发明内容

因此，人们对设有多个金属镀层的导光光纤存在极大的需求，目前为止，还没有发现关于本发明的有关报道，本发明人经过反复的研究、试验，终于成功的研制出设有多个金属电极的导电光纤，从而完成了本发明。

本发明的目的就是提供了一种在光纤表面上分别制备两个或多个独立导电电极的制备方法，使单根光纤既具备激光触发功能，又具备电流触发功能，为生物学、神经科学研究和未来临床应用提供更大便利。

本发明的方案是由纤芯、包层、金属镀层及绝缘层组成，其结构特点是在纤芯的外侧设有包层，包层的左右侧设有左右两个金属镀层，金属镀层的外侧设有绝缘层。

本发明采用真空镀膜技术，在单根光纤上通过两次金属镀膜在光纤上先后制备两个导电金属电极，工艺制作简单，性能可靠，既能导电又能导光，兼具电流触发和激光触发的双重功能，还可根据需要在单根光纤上制备多个金属镀层，供基础医学研究和临床研究使用。