[发明专利]一种用于神经活动调控的光电光纤及制作方法

说明书

本发明公开了一种光电光纤，其结构是在光纤的末端参杂光电材料，可以将光转换为电，制成电极探针后可以用于细胞的定量光控制，由于是为光纤材料，易于控制和不易被腐蚀等优点，同时具有光基因光纤照射和普通电极的优点。

技术领域

本发明属于生物光子学技术领域，更具体的涉及一种可在神经科学与神经病学研究领域应用的光纤光控电极。

背景技术

目前在神经科学研究领域，最常用的神经活动调控技术有光遗传技术和电极刺激技术。光遗传技术使用特制光纤输送光信号直接刺激事先表达了光基因的神经组织或脑区域，对光遗传神经元不同部位进行多点刺激会引发不同的神经活动。光遗传技术通过调节不同波长、功率和脉冲模式的信号光，能够较为容易地使特定区域的神经元兴奋或抑制，达到调控神经活动的效果。同时，其光信号通过光纤精确输送，从而可以只刺激局部区域从而避免了对其他较远区域产生影响。光纤材料本身具有的耐腐蚀和稳定性，保证了探头性能可靠，可长久使用。但光遗传技术的实施需要神经元细胞表达特定的光敏蛋白，而光敏蛋白是通过转染特定的光基因实现的。利用基因技术对神经元基因组的修饰改造不仅需要严格的实验条件和精湛实验技术，而且潜在的诸如脱靶效应等不确定性因素也降低了转基因的成功率。此外，由于转基因技术不可轻易在人体中应用，因此光遗传技术用于人体神经修复和某些神经疾病的治疗，还有相当多的难题有待解决。

电极刺激技术虽然不需要转染光基因就可以对特定脑区的神经活动进行调节，但其电场分布广泛，往往刺激了数个神经元也连带影响了周围数千个甚至一大块区域的所有神经元，其刺激的精度难以保证，无法满足精确调控的要求。另外，所用电极往往采用金属制成，植入脑组织中容易遭到细胞间电解质溶液的腐蚀，往往无法长久使用。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：针对现有的神经刺激电极无法长久使用的问题，提供了一种可以用于神经调控电极的光电光纤。

本发明的技术方案是：一种用于神经活动调控的光电光纤，包括光纤，其特征在于：光纤末端有光转电功能部分，可用于神经活动调控的电极。

光转电功能部分为参杂在光纤末端的光电材料。

所述光电材料为砷化镓、硫化铅、锑化铟、碲锡铅、碲镉汞、硫酸三甘酞、钽酸锂、锗酸铅、氧化镁或其他可以将光信号通过光电效应或光伏效应转换成电信号的材料。

光转电功能部分是光伏半导体的PN结，由沉积在光纤末端的砷化镓掺铍（P型结）和砷化镓掺碲（N型结）组成。

在光电光纤掺杂区域加热熔融拉制成锥形尖端、平顶尖端或凹锥形尖端。

一种用于神经活动调控的光电光纤制作方法：首先采用沉积法在光纤欲要制成锥形尖端的区域分别沉积砷化镓掺铍和砷化镓掺碲，形成光伏半导体的PN结；然后制成光纤预制棒，使用光纤拉丝机拉制成光电光纤。

在光电光纤掺杂区域加热熔融一次拉制成锥形尖端，锥形尖端就是掺杂了砷化镓掺铍碲的PN结区域。。

本发明技术的原理：

光电材料是一类可以将光信号通过光电效应或光伏效应转换成电信号的材料，当信号光照射上述光电材料时，就会在材料周围产生电场或游离电荷，这些电场或电荷就会影响神经元细胞膜上钠、钾离子通道的开放或关闭，进而调控神经元的活动。将光纤制成探针形状，同时在探针针尖上掺杂这些光电材料，就制成了光控电极。将该光控电极刺入实验动物的特定脑区，在光纤尾部注入特定波长的光，传输到探针尖端区域时，就可以激发光电材料产生特定的电场或电荷，达到调控神经活动的目的。

本发明技术的有益效果：