[发明专利]集成内部金属屏蔽层的光电神经探针及其制备方法

说明书

本发明提供了一种集成内部金属屏蔽层的光电神经探针及制备方法，包括：电生理信号记录通道，用于将神经电信号从电极点传导至采集系统的通路；激光二极管供电通道，用于将脉冲式的电流或者电压信号传导至神经探针基部的焊盘处用于驱动激光二极管工作的通路；金属屏蔽层，集成于电生理信号记录通道与激光二极管供电通道之间。本发明不但具有神经信号记录和光刺激功能，其在探针基部集成的中间金属屏蔽层，将电生理信号记录通道和激光二极管的供电通道分层隔离，使电生理通道记录到的电磁干扰产生的刺激跟随伪迹有很大的衰减，降低了在动物体内进行光遗传实验中刺激跟随伪迹对神经动作电位造成的污染。本发明采用MEMS工艺，具有较高的复现性。

技术领域

本发明涉及生物医学工程领域的神经信号记录和刺激微电极，具体地，集成内部金属屏蔽层的光电神经探针及其制备方法。

背景技术

在过去的几十年里，通过电刺激大脑的方法使得人们得以洞悉大脑的功能。为进一步推进神经科学的发展并研究复杂神经网络中大量神经元之间的作用机制，需要选择性的对某一特殊类型的单个神经元进行激活或者抑制。目前，使用电刺激的方法仍然不能有效的对特定的神经元进行激活或者抑制。最近，光遗传学通过向特定的细胞中引入光敏蛋白以使其能够对光刺激产生动作电位响应，这使得神经环路研究得到革命性的发展。使用合适的波长来激发特定的视蛋白，可以实现时间分辨率可控的特定神经元的激活或者抑制。例如，光敏感通道蛋白(ChR2)和盐细菌视紫红质可以同时在同一种细胞内进行表达，这样就可以用蓝光(～473nm)或者黄光(～590nm)对目标神经元进行激活或者抑制。这允许我们精确地对神经环路进行调控从而进一步地了解神经编码以及神经活动与行为响应之间的联系。

在神经科学领域内，光遗传学实验中广泛应用的工具是将光学纤维(直径约200μm)直接和神经记录探针集成。尽管现阶段一些基于光纤的神经探针已经商业化，但是植入过程中较大尺寸的光纤会挤压脑组织，引起植入过程中的组织损伤，同时外部庞大的光纤光源也限制了动物的活动。为了克服集成光纤神经探针的局限性，利用微加工工艺实现片上集成光源的光电神经探针成为光遗传技术新的解决方案。2015年，Fan Wu和Euisik Yoon等人提出片上生长氮化镓(GaN)层，将微型的LED直接在探针尖端形成实现去光纤化的光电神经探针，但是由于微型LED工作时和组织的距离过近，光线照射引起的温升造成组织过热而影响正常的神经电生理活动。另一种去光纤化的光电神经探针通过在硅探针的后端键合激光二极管，将激光二极管发射的光耦合到集成片上光波导，光线从波导前端出射，进行光刺激。这种方法的不足是激光二极管的电源供电线和记录通道之间的紧密距离，记录通道会产生由电磁干扰(EMI)耦合引起的刺激锁定的伪影，污染正常神经动作电位的记录。综上所述，光遗传技术中迫切需要一种无光纤的低噪声光电神经探针工具来使这项技术在神经科学领域大放异彩。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种集成内部金属屏蔽层的光电神经探针。

根据本发明第一个方面，提供一种集成内部金属屏蔽层的光电神经探针，包括：

电生理信号记录通道，用于将神经电信号从电极点传导至采集系统的通路；

激光二极管供电通道，用于将脉冲式的电流或者电压信号传导至神经探针基部的焊盘处用于驱动激光二极管工作的通路；

金属屏蔽层，集成于所述电生理信号记录通道与所述激光二极管供电通道之间，用于隔离两者，通过所述金属屏蔽层接地，实现对电磁干扰产生的刺激跟随伪迹的衰减，可降低光遗传实验过程中刺激跟随伪迹对神经动作电位造成的污染。

优选地，所述电生理信号记录通道的材料选用生物相容性材料；

所述生物相容性材料包括金、钛、铂或铂铱合金中的任一种。

优选地，所述激光二极管供电通道的材料选用生物相容性材料；

所述生物相容性材料包括金、钛、铂或铂铱合金中的任一种。