本发明涉及脑机接口领域的柔性生物传感器制备，具体地，涉及一种用于神经记录和刺激的柔性神经光电极的微加工制备方法，是通过将超薄柔性记录电极与ld耦合su-8光波导结构进行光电集成来实现制备的。
背景技术：
：：在过去的几年里，微机电系统技术和光电子技术的飞速发展使得硅基神经光电极的电生理记录和光刺激性能得到空前的提高。一方面，先进的电子束曝光技术使得电极点的记录空间分辨率得到极大的提高；另一方面，通过集成光波导、激光二极管6和微型led等，硅基神经光电极的刺激空间分辨率也得到了极大的提高。然而，硅基神经光电极在体内长期植入的稳定性以及安全性成为其应用于人类神经系统疾病诊断与治疗的障碍。这主要是因为硅的杨氏模量与脑组织不匹配，当电极植入体内进行固定后，大脑的运动会造成电极不断剪切脑组织从而诱发胶质包覆，使得电极失去记录与刺激能力。为了解决这些问题，一些新型的柔性神经光电极结构被提出来用于提高光电极在体内长期植入的稳定性。经过对现有技术文献的检索发现，柔性神经光电极结构主要包括柔性光纤技术、柔性光波导技术以及柔性微led技术。中科院深圳先进技术研究院的王立平课题组在论文“ultrasoftandhighlystretchablehydrogelopticalfibersforinvivooptogeneticmodulations”中采用柔软的水凝胶光纤来替代传统的玻璃光纤，通过降低光纤与脑组织的机械失配，提高了光电极的生物相容性和长期稳定性。美国伊利诺伊大学的tae-ilkim和johna.rogers教授等人在论文“injectable,cellular-scaleoptoelectronicswithapplicationsforwirelessoptogenetics”中研制了一种具有4个微型led光源的多模柔性神经光电极。这种光电极通过激光剥离将蓝宝石基微led转印到柔性聚合物探针5上，从而实现柔性可注射微led光电极的制备。日本丰桥技术科学大学的s.yamagiwa等在论文“flexibleoptrodearray:parylene-filmwaveguidearrayswithmicroelectrodesforoptogenetics”中研制了一种利用parylene作为柔性光波导的神经光电极。该电极采用18μm厚的parylene-c(包覆层)/n(芯层)/c(包覆层)构成的光波导来将外部光纤的光传输到刺激位点来进行刺激。然而，以上三种柔性光电极结构仍然存在一些不足，比如柔性光纤需要与金属丝电极进行手工集成，柔性parylene电极主要用于皮层表面光刺激，而柔性led电极在注射后无法调整位置。本发明通过使用超薄pi(聚酰亚胺)作为记录电极衬底，并结合ld耦合su-8光波导结构来实现神经记录和刺激，克服了以上不足。技术实现要素：本发明的目的在于针对现有技术中的缺陷，使用超薄pi(聚酰亚胺)作为记录电极衬底，并结合ld耦合su-8光波导结构来实现神经记录和刺激；通过超薄pi与su-8的结合，一方面可以使得记录电极拥有良好的柔性，从而减轻机械失配引起的脑组织损伤，另一方面也可以确保光波导具有合适的刚性，从而提高光传输效率的同时避免电极植入时弯曲。本发明一种用于神经记录和刺激的柔性神经光电极，包括记录层、电磁屏蔽层和光刺激层。依次层叠设置的记录层、电磁屏蔽层、光刺激层共同形成神经光电极结构；神经光电极结构分为电极基体和探针。探针的尖端设置有暴露的记录电极点。探针上的光刺激层形成截面为矩形的光波导结构。电极基体上光刺激层在靠近探针光波导结构的位置设置有ld安置槽。ld安置槽内设置有刺激光源。刺激光源与探针上的光波导结构对准；记录层包括包括下绝缘层、导电层和上绝缘层。导电层设置在上绝缘层与下绝缘层之间。所述的导电层分为信号线、接地线和ld供电线。信号线将探针端部的记录电极点采集到的信号引出；接地线与电磁屏蔽层连接在一起；接地线环绕在激光二极管的周围；ld供电线为刺激光源供电。作为优选，ld键合焊盘共有两个；其中一个ld键合焊盘设置在ld安置槽内，与刺激光源的阴极连接；其中一个ld键合焊盘翻折到激光二极管的外侧，与激光二极管的阳极连接；两个ld供电焊盘与驱动电源的正、负极分别连接；接地焊盘与外部地线连接；记录电极焊盘与神经信号采集系统连接。多条信号线将探针端部的多个记录电极点与多个记录电极焊盘分别连接；接地线与接地焊盘连接；两条ld供电线分别将两个ld键合焊盘与两个ld供电焊盘各自连接。作为优选，所述的上绝缘层及下绝缘层的材料均采用pi。所述的光刺激层采用su-8光刻胶。作为优选，本发明用于神经记录和刺激的柔性神经光电极采用激光二极管作为刺激光源。激光二极管与ld安置槽底部的电磁屏蔽层通过acf导电胶键合连接。作为优选，所述的导电层采用为cr/au双层膜；cr层的厚度为20纳米；au层的厚度为200纳米。作为优选，所述的接地焊盘与外部地线连接；记录电极焊盘与神经信号采集系统连接。该神经记录和刺激的柔性神经光电极的制备方法的具体步骤如下：s1：使用pi作为绝缘层，并在绝缘层上集成su-8光波导来实现光刺激。绝缘层内的导电层中，使用地线和金属屏蔽层将激光二极管的供电导线包围起来，通过电磁屏蔽来降低激光二极管对记录通道的电磁干扰。s2：利用ld安置槽实现激光二极管与探针上的光波导结构的对准，并通过acf导电胶实现ld安置槽与ld键合焊盘的热压键合。作为优选，步骤s1的具体过程如下：①.使用单面抛光的硅片作为衬底，将硅片依次放入丙酮，乙醇和去离子水中各超声清洗5分钟，然后用氮气吹干后放入180℃烘箱中烘烤3小时。②.使用甩胶机在硅片正面沉积一层pmma作为牺牲层。③.在牺牲层上旋涂一层pi作为柔性神经光电极的下绝缘层。④.在下绝缘层上沉积一层金属作为记录电极的导电层，形成导电层的金属为cr/au。⑤.使用平面光刻技术将光刻胶图形化，光刻胶为正胶。⑥.使用湿法刻蚀先后将导电层图形化，形成信号线、地线和ld供电线；⑦.在导电层上旋涂一层pi作为上绝缘层。⑧.在上绝缘层上沉积一层100纳米厚的cu作为第一硬掩模。⑨.在第一硬掩模上甩胶并使用平面光刻技术将光刻胶图形化，光刻胶为正胶。⑩.使用湿法刻蚀将第一硬掩模图形化。使用反应离子刻蚀将上绝缘层图形化。随后，使用湿法刻蚀将第一硬掩模去除。在上绝缘层上沉积一层cu作为第二硬掩模和电磁屏蔽层。甩胶并使用平面光刻技术将光刻胶图形化，光刻胶为正胶。使用湿法刻蚀将第二硬掩模图形化。使用反应离子刻蚀将上绝缘层和下绝缘层图形化。使用平面光刻技术将su-8光刻胶图形化，形成探针上的光波导和电极基部上的ld安置槽；其中su-8光刻胶的厚度为90微米。使用湿法刻蚀将多余的第二硬掩模去除。使用显影液将牺牲层去除并释放柔性神经光电极。作为优选，步骤s2的具体过程如下：①.在ld安置槽上贴附一层acf导电胶并进行预压。②.使用焊线机将激光二极管阴极焊盘朝下放进ld安置槽与探针上的光波导结构进行对准。③.在激光二极管朝上的焊盘上贴附一层acf导电胶并进行预压。④.将ld键合焊盘贴附在acf导电胶上并进行本压。作为优选，步骤s2的具体过程如下：①.在ld安置槽内使用点胶机或手动用钢针在焊盘上涂敷导电银浆。②.使用焊线机将激光二极管阴极焊盘朝下放进ld安置槽与探针上的光波导结构进行对准。③.在激光二极管朝上的焊盘上贴附一层acf导电胶并进行预压。④.将散热铜块贴附在acf导电胶上并进行预压。⑤.将ld键合焊盘贴附在acf导电胶和散热铜块上并进行本压。本发明具有的有益效果是：1、本发明通过材质为pi(聚酰亚胺)的上、下绝缘层与su-8光刻胶的结合，不仅充分利用了pi柔软的特性的特点，使得记录电极拥有良好的柔性，从而减轻机械失配引起的脑组织损伤，同时su-8光刻胶提供了合适的刚性，从而在提高光传输效率的同时避免电极探针植入时的弯曲。2、本发明使用地线和金属屏蔽层将激光二极管的供电导线包围起来，通过电磁屏蔽来降低激光二极管对记录通道的电磁干扰。3、本发明利用ld安置槽实现激光二极管与光波导的对准，并通过一步热压实现激光二极管与柔性电极的键合，大大提高了光电极的集成效率。附图说明图1为本发明的整体结构示意图；图2为图1中a部分的局部放大图；图3为本发明中ld键合焊盘键合在激光二极管上的示意图；图4为本发明中步骤s1的工艺流程图。具体实施方式以下结合附图对本发明作进一步说明。如图1和2所示，一种用于神经记录和刺激的柔性神经光电极，包括记录层1、电磁屏蔽层2和光刺激层3。依次层叠设置的记录层1、电磁屏蔽层2、光刺激层3共同形成具有光刺激和电记录功能的柔性神经光电极结构；柔性神经光电极分为矩形的电极基体4和长条形的探针5两部分。探针5的尖端设置有暴露的记录电极点1-1(即未被电磁屏蔽层2和光刺激层3覆盖)。光刺激层3采用su-8光刻胶。探针5上的光刺激层3采用su-8光刻胶形成截面为矩形的光波导结构。电极基体4上光刺激层3在靠近探针5的位置设置有ld安置槽。该用于神经记录和刺激的柔性神经光电极采用激光二极管6作为刺激光源。激光二极管6设置在ld安置槽内，与探针5上的光波导结构对准；激光二极管6与ld安置槽底部的电磁屏蔽层2通过acf导电胶键合连接，使得激光二极管6发出的激光能够沿着探针5上的光波导结构到达探针5的尖端实现刺激脑组织。记录层1包括包括下绝缘层、导电层和上绝缘层。导电层设置在上绝缘层与下绝缘层之间。上绝缘层及下绝缘层的材料采用pi(聚酰亚胺)。导电层采用为cr/au双层膜；cr(铬)层的厚度为20纳米；au(金)层的厚度为200纳米。如图1和3所示，电极基部设置有均连接导电层的ld键合焊盘1-2、ld供电焊盘1-3、接地焊盘1-4和记录电极焊盘1-5。ld键合焊盘1-2共有两个；其中一个ld键合焊盘1-2设置在ld安置槽内，与激光二极管6的阴极连接；其中一个ld键合焊盘1-2翻折到激光二极管6的外侧与激光二极管6的阳极连接；两个ld供电焊盘与驱动电源的正、负极分别连接，接地焊盘与外部地线连接，记录电极焊盘与神经信号采集系统连接。上绝缘层、电磁屏蔽层2、光刺激层3在各个焊盘的位置均设有窗口，便于接线。导电层分为信号线、接地线和ld供电线。多条信号线将探针5端部的多个记录电极点1-1与多个记录电极焊盘1-5分别连接；接地线与电磁屏蔽层2连接在一起；接地线环绕在激光二极管6的周围，并与接地焊盘1-4连接，通过电磁屏蔽来降低激光二极管6对记录通道的电磁干扰；两条ld供电线分别将两个ld键合焊盘与两个ld供电焊盘1-3各自连接；实施例1该神经记录和刺激的柔性神经光电极的制备方法的具体步骤如下：s1：使用超薄pi作为记录电极绝缘层，并在绝缘层上集成su-8光波导来实现光刺激。绝缘层内的导电层中，使用地线和金属屏蔽层将激光二极管6的供电导线包围起来，通过电磁屏蔽来降低激光二极管6对记录通道的电磁干扰。s2：利用ld安置槽实现激光二极管6与探针上的光波导结构的对准，并通过acf导电胶实现ld安置槽与ld键合焊盘1-2的热压键合。步骤s1的具体过程如下：使用普通单面抛光的硅片作为柔性神经光电极的衬底，将硅片依次放入丙酮，乙醇和去离子水中各超声清洗5分钟，然后用氮气吹干后放入180℃烘箱中烘烤3小时。如图4中(1)所示，使用甩胶机在硅片正面沉积一层pmma(聚甲基丙烯酸甲酯)作为牺牲层。如图4中(2)所示，在牺牲层上旋涂一层pi作为柔性神经光电极的下绝缘层，下绝缘层的厚度为1微米。如图4中(3)所示，在下绝缘层上沉积一层金属作为记录电极的导电层，形成导电层的金属为cr/au，厚度为20/200纳米。如图4中(4)所示，在导电层上涂覆光刻胶，并使用平面光刻技术将光刻胶图形化，光刻胶为正胶，厚度为5微米。如图4中(5)所示，使用湿法刻蚀先后将导电层内的au层和cr层图形化，形成信号线、地线和ld供电线；如图4中(6)所示，在导电层上旋涂一层超薄pi作为柔性神经光电极的上绝缘层，上绝缘层的厚度为1微米。如图4中(7)所示，在上绝缘层上沉积一层100纳米厚的cu作为第一硬掩模。如图4中(8)所示，在第一硬掩模上甩胶并使用平面光刻技术将光刻胶图形化，光刻胶为正胶，厚度为5微米。如图4中(9)所示，使用湿法刻蚀将第一硬掩模图形化。如图4中(10)所示，使用反应离子刻蚀(rie)将上绝缘层图形化。随后，使用湿法刻蚀将第一硬掩模去除。如图4中(11)所示，在上绝缘层上沉积一层厚度为100纳米的cu作为第二硬掩模和电磁屏蔽层。如图4中(12)所示，甩胶并使用平面光刻技术将光刻胶图形化，光刻胶为正胶，厚度为5微米。如图4中(13)所示，使用湿法刻蚀将第二硬掩模图形化。如图4中(14)所示，使用反应离子刻蚀(rie)将上绝缘层和下绝缘层图形化。如图4中(15)所示，在电磁屏蔽层上涂覆光刻胶，并使用平面光刻技术将su-8光刻胶图形化，形成探针上的光波导和电极基部上的ld安置槽；其中su-8光刻胶的厚度为90微米。如图4中(16)所示，使用湿法刻蚀将多余的第二硬掩模去除。如图4中(17)所示，使用显影液将牺牲层去除并释放柔性神经光电极。电磁屏蔽层设计：首先，利用图1中(5)所示步骤，在ld的供电导线周围布设地线，将ld与记录通道隔离开来。其次，利用图1中(11)所示步骤，在上绝缘层上溅射一层金属作为电磁屏蔽层，避免ld供电线向外辐射电磁信号。最后，通过将地线与金属屏蔽层连接在一起，实现对ld的全屏蔽。步骤s2的具体过程如下：第一步，在ld安置槽上贴附一层acf导电胶并进行预压。具体步骤为：使用胶带将柔性神经光电极固定在载玻片上；将acf导电胶贴附在ld安置槽上方；将载玻片放在热压机的压头正下方，使压头与acf导电胶对齐；调节热压机的压力为0.14mpa，温度为140℃，热压时间为3秒，开始进行预压。第二步，使用焊线机将激光二极管6阴极焊盘朝下放进ld安置槽与探针上的光波导结构进行对准。具体步骤为：将载玻片放在焊线机的加热台上固定；升高加热台的温度到200摄氏度以上，使得acf导电胶熔融；使用焊线机的劈刀将激光二极管6转移到ld安置槽上方并按压至与acf导电胶贴附，将激光二极管6与光波导进行对准。第三步，在激光二极管6朝上的焊盘上贴附一层acf导电胶并进行预压。具体步骤为：将acf导电胶贴附在激光二极管6朝上的焊盘(阳极焊盘)；将载玻片放在热压机的压头正下方，使压头与acf导电胶对齐；调节热压机的压力为0.14mpa，温度为140℃，热压时间为3秒，开始进行预压。第四步，将柔性神经光电极上的ld键合焊盘1-2贴附在acf导电胶上并进行本压。具体步骤为：将柔性神经光电极上激光二极管6的供电焊盘贴附在acf上；将载玻片放在热压机的压头正下方，使压头与acf对齐；调节热压机的压力0.18mpa，温度为240℃，热压时间为18秒，进行本压。实施例2柔性神经光电极的制备：同实施例1。电磁屏蔽层设计：同实施例1。柔性神经光电极与ld集成：第一步，在ld安置槽内使用点胶机在焊盘上涂敷导电银浆。作为一种替代方式，也可以使用钢针来替换点胶机手动在凹槽内涂敷导电银浆。涂敷过程中应注意导电银浆的使用量，避免因为导电银浆外溢导致激光二极管6出光口堵塞或者激光二极管6的上下焊盘串联。第二步，使用焊线机将激光二极管6阴极焊盘朝下放进ld安置槽与探针上的光波导结构进行对准。具体步骤为：将载有神经光电极的载玻片放在焊线机的加热台上固定；使用焊线机的劈刀将激光二极管6转移到ld安置槽上方，并按压激光二极管6至与导电银浆进行贴附后，实现与光波导对准。随后，升高加热台的温度到60摄氏度并维持1小时使得导电银浆固化。第三步，在激光二极管6朝上的焊盘上贴附一层acf导电胶并进行预压。具体步骤为：将acf导电胶贴附在激光二极管6朝上的焊盘上；将载玻片放在热压机的压头正下方，使压头与acf导电胶对齐；调节热压机的压力为0.14mpa，温度为140℃，热压时间为3秒，开始进行预压。第四步，将散热铜块贴附在acf导电胶上并进行预压。具体步骤为：将散热铜块贴附在acf导电胶上；将载玻片放在热压机的压头正下方，使压头与acf导电胶对齐；调节热压机的压力为0.14mpa，温度为140℃，热压时间为3秒，开始进行预压。随后，再次将acf导电胶贴在铜块上表面，并调节热压机的压力为0.14mpa，温度为140℃，热压时间为3秒，开始进行预压。第五步，将激光二极管6的键合焊盘贴附在acf导电胶上并进行本压。具体步骤为：将激光二极管6的供电焊盘贴附在铜块上表面的acf导电胶上；将载玻片放在热压机的压头正下方，使压头与acf导电胶对齐；调节热压机的压力0.18mpa，温度为240℃，热压时间为18秒，进行本压。以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。当前第1页12当前第1页12