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埃瓦尔对阵维戈塞尔塔预测: 波導神經接口裝置.pdf

摘要
申請專利號:

维戈塞尔塔vs皇家社会 www.vmyqew.com.cn CN201080052821.X

申請日:

20101105

公開號:

CN102686147B

公開日:

20160120

當前法律狀態:

有效性:

有效

法律詳情:
IPC分類號: A61B5/00 主分類號: A61B5/00
申請人: 格雷特巴奇有限公司
發明人: 約翰·P·西摩,梅嶼拉柴特·古拉里,達里爾·R·基普克,K·C·孔
地址: 美國紐約州
優先權: 61/258,494,61/321,089,12/940,748
專利代理機構: 北京安信方達知識產權代理有限公司 代理人: 張瑞;鄭霞
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法律狀態
申請(專利)號:

CN201080052821.X

授權公告號:

法律狀態公告日:

法律狀態類型:

摘要

一種波導神經接口裝置包括:神經裝置,其可植入在組織中并且包括電極部位的陣列,電極部位的陣列與電極部位的陣列的周圍環境電連通,其中電極部位的陣列包括至少一個記錄電極部位;以及波導部,其被耦合于神經裝置,并且將光沿著縱向軸線傳輸并且包括將來自波導部的被傳輸的光再導向以照亮被選擇性地靶向的組織的光導向元件,其中被再導向的光的至少一部分被遠離縱向軸線地橫向地導向并且記錄電極部位被配置為對被照亮的組織進行取樣?;姑枋雋擻糜謐樽安ǖ忌窬涌謐爸玫姆椒?。

權利要求書

1.一種波導神經接口裝置,包括:a)神經裝置,其是可植入在組織中的并且包括從能連接到脈沖發生器的近端神經裝置部分延伸到遠端神經裝置部分的神經裝置側壁;b)電極部位的陣列,其由所述神經裝置側壁支撐,其中所述電極部位的陣列配置為與所述電極部位的陣列的周圍環境電連通,并且包括定位在所述遠端神經裝置部分的第一面上的至少一個記錄電極部位;c)第一波導部,其從能連接到光源的近端第一波導部分延伸到具有遠端第一波導端部的遠端第一波導部分并且包括光再導向元件,其中所述遠端第一波導部分由所述遠端神經裝置部分的第二面支撐;以及d)第一孔,其在所述遠端神經裝置部分中從所述第一面穿過所述神經裝置側壁延伸到所述第二面;其中所述光再導向元件毗鄰于所述第一孔被所述遠端第一波導部分支撐,并且其中所述光再導向元件用于將沿著所述遠端第一波導部分傳播的光再導向通過所述遠端神經裝置部分中的所述第一孔,以因此照亮毗鄰于所述遠端神經裝置部分的所述第一面上的所述至少一個記錄電極部位的被選擇性地靶向的組織,但是以避免直接照亮所述遠端神經裝置部分的所述第一面上的所述至少一個記錄電極部位的方式,并且其中所述至少一個記錄電極部位被配置為對被照亮的組織進行取樣。2.根據權利要求1所述的波導神經接口裝置,其中所述神經裝置是神經探針。3.根據權利要求1所述的波導神經接口裝置,其中被再導向的光實質上在垂直于所述光再導向元件的縱向軸線的方向對準。4.根據權利要求1所述的波導神經接口裝置,其中所述第二面是與所述遠端神經裝置部分的所述第一面相反的。5.根據權利要求1所述的波導神經接口裝置,其中所述第一波導部的所述光再導向元件包括選自由以下組成的組的至少一個:將光折射通過所述神經裝置側壁中的所述第一孔的折射器、將光反射通過所述神經裝置側壁中的所述第一孔的反射器,以及將光聚焦通過所述神經裝置側壁中的所述第一孔的透鏡。6.根據權利要求1所述的波導神經接口裝置,其中所述第一波導部和所述電極部位的至少一部分被安裝在所述遠端神經裝置部分的同一個面上。7.根據權利要求1所述的波導神經接口裝置,其中所述第一波導部的至少一部分橫向地延伸超出所述神經裝置,使得被再導向的光的第一部分傳播通過所述第一孔,并且被再導向的光的第二部分被遠離所述第一波導部橫向地再導向。8.根據權利要求1所述的波導神經接口裝置,其中所述第一波導部的所述光再導向元件包括將光遠離所述光再導向元件的縱向軸線地折射的折射器。9.根據權利要求1所述的波導神經接口裝置,其中所述第一波導部的所述光再導向元件包括將光遠離所述光再導向元件的縱向軸線地反射的反射器。10.根據權利要求9所述的波導神經接口裝置,其中所述反射器包括被粗糙化的表面,所述被粗糙化的表面散射光。11.根據權利要求1所述的波導神經接口裝置,其中所述第一波導部的所述光再導向元件包括將光遠離所述光再導向元件的縱向軸線地操縱的透鏡。12.根據權利要求1所述的波導神經接口裝置,其中所述第一波導部的所述光再導向元件包括將光分散以照亮組織的光學分散部分。13.根據權利要求1所述的波導神經接口裝置,其中所述第一波導部包括多個光再導向元件,其中每個光再導向元件從沿著所述遠端第一波導部分的不同點再導向光的一部分。14.根據權利要求13所述的波導神經接口裝置,其中每個光再導向元件在沿著所述遠端第一波導部分的長度的不同距離處再導向光的一部分。15.根據權利要求1所述的波導神經接口裝置,還包括被耦合于所述神經裝置的第二波導部。16.根據權利要求15所述的波導神經接口裝置,其中所述神經裝置包括至少第一神經裝置支路和第二神經裝置支路。17.根據權利要求16所述的波導神經接口裝置,其中所述第一波導部被耦合于所述第一神經裝置支路并且所述第二波導部被耦合于所述第二神經裝置支路。18.根據權利要求1所述的波導神經接口裝置,其中所述第一波導部是剛性的。19.根據權利要求1所述的波導神經接口裝置,其中所述第一波導部還包括內芯部以及覆蓋所述內芯部的包層部,并且其中所述包層部被成型為選擇性地暴露所述內芯部,并且所述光再導向元件包括被暴露的內芯部。20.根據權利要求1所述的波導神經接口裝置,還包括與所述第一波導部和所述電極部位的陣列中的所述至少一個記錄電極部位連接的電路板。21.根據權利要求20所述的波導神經接口裝置,其中所述電路板是雙面的,并且包括具有與所述電極部位的陣列接口的電氣部件的電氣面以及具有與所述第一波導部連接的部件的光學面。22.根據權利要求21所述的波導神經接口裝置,其中與所述電路板的所述電氣面連通的所述至少一個記錄電極部位被定位在所述神經裝置的所述第一面上,并且與所述電路板的所述光學面連通的所述第一波導部被定位在所述神經裝置的所述第二面上。23.根據權利要求22所述的波導神經接口裝置,其中所述電路板還包括將光提供至所述第一波導部的光源。24.根據權利要求1所述的波導神經接口裝置,其中所述電極部位的陣列還包括至少一個刺激電極部位。25.根據權利要求1所述的波導神經接口裝置,其中所述光再導向元件包括光學漫射部分,所述光學漫射部分漫射光。26.根據權利要求1所述的波導神經接口裝置,其中所述光再導向元件包括光學散射部分,所述光學散射部分散射光。27.根據權利要求1所述的波導神經接口裝置,其中所述神經裝置具有從近端神經裝置端部到遠端神經裝置端部的第一長度,并且所述第一波導部具有從近端波導端部到所述遠端第一波導端部的第二長度,并且其中所述光再導向元件駐留在所述遠端第一波導端部,其中所述第二長度小于所述第一長度,以因此將所述光再導向元件定位成與所述遠端神經裝置部分的所述神經裝置側壁中的所述第一孔相對。28.根據權利要求1所述的波導神經接口裝置,其中所述光再導向元件由所述第一波導部支撐在所述遠端第一波導端部。29.根據權利要求27所述的波導神經接口裝置,其中所述光再導向元件由所述遠端第一波導部分支撐在接近所述遠端神經裝置端部的位置。30.根據權利要求1所述的波導神經接口裝置,其中所述神經裝置包括在所述第一波導部上成層的電極基材,其中所述電極部位的陣列的至少一部分定位在所述電極基材上。31.根據權利要求30所述的波導神經接口裝置,其中所述第一波導部被安裝到所述電極基材使得所述光再導向元件毗鄰于所述電極部位的陣列的至少一部分。32.根據權利要求30所述的波導神經接口裝置,其中所述光再導向元件的至少一部分橫向地延伸超過所述電極基材。33.根據權利要求30所述的波導神經接口裝置,其中所述電極基材圍繞所述第一波導部包裹。34.根據權利要求30所述的波導神經接口裝置,其中所述電極基材包括基材孔,所述基材孔相應于毗鄰于所述第一波導部的所述光再導向元件的所述第一孔,使得被再導向的光傳播通過所述第一孔和所述基材孔。35.根據權利要求1所述的波導神經接口裝置,其中所述第一波導部包括第二光再導向元件,并且所述神經裝置包括第二孔,所述第二孔毗鄰于所述第一波導部的所述第二光再導向元件,使得被再導向的光從所述第二光再導向元件傳播并且通過所述第二孔以因此照亮組織。36.根據權利要求1所述的波導神經接口裝置,其中所述第一孔沿著所述第一波導部的縱向軸線是長形的。37.根據權利要求5所述的波導神經接口裝置,其中所述反射器包括調整被反射光的路徑的被選擇性地粗糙化的表面。38.根據權利要求19所述的波導神經接口裝置,其中所述遠端第一波導部分還包括被成型在所述被暴露的內芯部上的光學分散材料的層。39.根據權利要求38所述的波導神經接口裝置,其中所述光學分散材料是氧化鋁。40.根據權利要求19所述的波導神經接口裝置,其中所述被暴露的內芯部內嵌有光學分散分子。41.根據權利要求1所述的波導神經接口裝置,其中所述第一波導部是薄膜結構。42.根據權利要求1所述的波導神經接口裝置,其中所述第一波導部是光纖。43.根據權利要求1所述的波導神經接口裝置,其中所述神經裝置包括圍繞所述第一波導部而包裹的電極基材,并且其中所述電極部位的陣列的至少一部分被定位在所述電極基材上。44.根據權利要求19所述的波導神經接口裝置,其中所述電極基材包括至少一個基材孔,所述至少一個基材孔相應于所述被暴露的內芯部,使得被再導向的光傳播通過所述第一孔和所述基材孔。45.根據權利要求44所述的波導神經接口裝置,其中所述電極基材包括光學分散材料。46.一種波導神經接口裝置,包括:a)神經裝置,其是可植入在組織中的并且包括從能連接到脈沖發生器的近端神經裝置部分延伸到遠端神經裝置部分的神經裝置側壁,其中至少所述遠端神經裝置部分沿著第一縱向軸線延伸;b)電極部位的陣列,其由所述神經裝置側壁支撐,其中所述電極部位的陣列被配置成與所述電極部位的陣列的周圍環境電連通,并且包括定位在所述遠端神經裝置部分的第一面上的至少一個記錄電極部位;c)第一波導部,其從能連接到光源的近端第一波導部分延伸到具有遠端第一波導端部的遠端第一波導部分并且包括光再導向元件,其中所述遠端第一波導部分沿著第二縱向軸線延伸且由所述遠端神經裝置部分的第二面以并排的共軸關系支撐;d)第一孔,其在所述遠端神經裝置部分中從所述第一面穿過所述神經裝置側壁延伸到所述第二面;其中所述光再導向元件毗鄰于所述第一孔被所述遠端第一波導部分支撐,以及其中所述光再導向元件用于將沿著所述遠端第一波導部分傳播的光遠離所述第二縱向軸線再導向且通過所述神經裝置側壁中的所述第一孔,以因此照亮毗鄰于所述遠端神經裝置部分的所述第一面上的所述至少一個記錄電極部位的被選擇性地靶向的組織,但是以避免直接照亮所述遠端神經裝置部分的所述第一面上的所述至少一個記錄電極部位的方式,并且其中所述至少一個記錄電極部位被配置為對被照亮的組織進行取樣。47.根據權利要求46所述的波導神經接口裝置,其中所述神經裝置是神經探針。48.根據權利要求46所述的波導神經接口裝置,其中所述神經裝置包括在所述第一波導部上成層的電極基材,其中所述電極部位的陣列的至少一部分被定位在所述電極基材上。49.根據權利要求48所述的波導神經接口裝置,其中所述第一波導部被安裝于所述電極基材,使得所述光再導向元件毗鄰于所述電極部位的陣列的至少一部分。50.根據權利要求48所述的波導神經接口裝置,其中所述光再導向元件的至少一部分橫向地延伸超出所述電極基材。51.根據權利要求48所述的波導神經接口裝置,其中所述電極基材圍繞所述第一波導部而包裹。52.根據權利要求48所述的波導神經接口裝置,其中所述電極基材包括基材孔,所述基材孔相應于毗鄰于所述第一波導部的所述光再導向元件的所述第一孔,使得被再導向的光傳播通過所述第一孔和所述基材孔。53.根據權利要求52所述的波導神經接口裝置,其中所述第一波導部包括第二光再導向元件,并且所述神經裝置包括第二孔,所述第二孔毗鄰于所述第一波導部的所述第二光再導向元件,使得被再導向的光從所述第二光再導向元件傳播并且通過所述第二孔以因此照亮組織。54.根據權利要求52所述的波導神經接口裝置,其中所述第一孔在所述第一波導部的所述第二縱向軸線的方向是長形的。55.根據權利要求48所述的波導神經接口裝置,其中所述光再導向元件包括將被傳輸的光沿著所述遠端第一波導部分的所述第二縱向軸線反射的反射器末端。56.根據權利要求55所述的波導神經接口裝置,其中所述反射器包括調整被反射光的路徑的被選擇性地粗糙化的表面。57.根據權利要求46所述的波導神經接口裝置,其中通過所述光再導向元件再導向的光具有作為沿著所述遠端第一波導部分的第二縱向軸線的距離的函數的實質上均一的強度。58.根據權利要求46所述的波導神經接口裝置,其中所述第一波導部還包括內芯部以及覆蓋所述內芯部的包層部。59.根據權利要求58所述的波導神經接口裝置,其中所述包層部被成型為選擇性地暴露所述內芯部,其中所述遠端第一波導部分包括被暴露的內芯部。60.根據權利要求59所述的波導神經接口裝置,其中所述遠端第一波導部分還包括被成型在所述被暴露的內芯部上的光學分散材料的層。61.根據權利要求60所述的波導神經接口裝置,其中所述光學分散材料是氧化鋁。62.根據權利要求59所述的波導神經接口裝置,其中所述被暴露的內芯部內嵌有光學分散分子。63.根據權利要求59所述的波導神經接口裝置,其中所述第一波導部是薄膜結構。64.根據權利要求59所述的波導神經接口裝置,其中所述第一波導部是光纖。65.根據權利要求59所述的波導神經接口裝置,其中所述神經裝置包括圍繞所述第一波導部包裹的電極基材,并且其中所述電極部位的陣列的至少一部分被定位在所述電極基材上。66.根據權利要求65所述的波導神經接口裝置,其中所述電極基材包括至少一個基材孔,所述至少一個基材孔相應于所述被暴露的內芯部,使得被再導向的光傳播通過所述第一孔和所述基材孔。67.根據權利要求66所述的波導神經接口裝置,其中所述電極基材包括光學分散材料。68.根據權利要求66所述的波導神經接口裝置,其中所述第一波導部包括第二光再導向元件,并且所述神經裝置包括第二孔,所述第二孔毗鄰于所述第一波導部的所述第二光再導向元件,使得被再導向的光從所述第二光再導向元件傳播并且通過所述第二孔以因此照亮組織。69.根據權利要求46所述的波導神經接口裝置,還包括電路板,所述電路板是雙面的,并且包括具有與所述電極部位的陣列接口的電氣部件的電氣面以及具有與所述第一波導部連接的部件的光學面。70.根據權利要求46所述的波導神經接口裝置,其中被再導向的光的至少一部分被遠離所述遠端第一波導部分的第二縱向軸線橫向地導向。71.根據權利要求46所述的波導神經接口裝置,其中通過所述光再導向元件再導向的光具有作為沿著所述遠端第一波導部分的距離的函數的實質上均一的強度。72.一種波導神經接口裝置,包括:a)神經裝置,其是可植入在組織中的并且包括從能連接到脈沖發生器的近端神經裝置部分延伸到遠端神經裝置部分的神經裝置側壁,其中至少所述遠端神經裝置部分沿著第一縱向軸線延伸;b)電極部位的陣列,其由所述神經裝置側壁支撐,其中所述電極部位的陣列配置為與所述電極部位的陣列的周圍環境電連通,并且包括定位在所述遠端神經裝置部分的第一面上的至少一個記錄電極部位;c)波導部,其從能連接到光源的近端波導部分延伸到具有遠端波導端部的遠端波導部分,其中所述遠端波導部分沿著第二縱向軸線延伸且由所述遠端神經裝置部分的第二面以并排的共軸關系支撐;d)孔,其在所述遠端神經裝置部分中從所述第一面穿過所述神經裝置側壁延伸到所述第二面;e)雙面電路板,其包括具有與所述至少一個記錄電極部位連接的電氣部件的電氣面,以及具有與所述波導部連接的部件的光學面;以及f)光再導向元件,其毗鄰于所述孔被所述遠端波導部分支撐,其中所述光再導向元件用于將沿著所述遠端波導部分傳播的光遠離所述第二縱向軸線再導向并且通過所述神經裝置側壁中的所述孔,以因此照亮毗鄰于在所述遠端神經裝置部分的所述第一面上的所述至少一個記錄電極部位的被選擇性地靶向的組織,但是以避免直接照亮在所述遠端神經裝置部分的所述第一面上的所述至少一個記錄電極部位的方式,并且其中所述至少一個記錄電極部位被配置為對被照亮的組織進行取樣,并且所述電路板被配置成將由所述記錄電極部位記錄的信息傳輸到所述近端神經裝置部分。73.根據權利要求72所述的波導神經接口裝置,其中與所述電路板的所述電氣面連通的所述至少一個記錄電極部位被定位在所述神經裝置的前面上,并且與所述電路板的所述光學面連通的所述波導部被定位在所述神經裝置的背面上。74.根據權利要求72所述的波導神經接口裝置,其中所述電路板還包括將光提供至所述波導部的光源。

說明書

相關申請的交叉引用

本申請要求于2010年11月5日提交的美國申請第12/940,748號以及于2009年11月5日提交的美國臨時申請第61/258,494號以及于2010年4月5日提交的美國臨時申請第61/321,089號的權益,其全部通過本引用以它們的整體并入。

技術領域

本發明大體上涉及神經裝置(neuraldevice)領域,并且更具體地涉及神經裝置領域中的改進的波導神經接口裝置。

背景

神經科學的進步很大程度上依賴于技術的進步,技術的進步不斷地提供新的用于擾動神經回路和測量回路的響應的方法。一個最近的進步是使用光基因(optogenetic)工具擾亂神經回路,特別是具有細胞類型特性的神經回路。光基因創造用于神經集合的光學刺激的感光的離子通道,并且因此允許實驗者或醫師以高精確度選擇性地激發神經通道和/或抑制其他的神經通道。光基因技術正在推動用于將光刺激與高強度神經記錄結合的新技術和產品的需求。皮質內光電裝置或“光極”提供擾亂和監測能力的最終的組合。然而,常規的光極裝置的技術和應用是不成熟的并且低效率的。工業系統是不可用的并且目前的技術具有在大多數實驗中的限制。例如,許多神經科學家修改可商購獲得的光纖以用于在他們對光基因的研究中的使用,但是這些具有限制了實際應用的缺點,包括具有僅一維的光輸出,以及由于由熔合的二氧化硅制造而導致是易碎的和危險的。此外,當電極被放置在傳導介質中并且被甚至在低強度照亮時產生電氣偽像(electricalartifact),被稱為貝克勒爾效應或光電化學效應。在貝克勒爾效應中,入射光產生影響低頻率電勢的電流,由此攪亂某些神經記錄應用。

因此,在包括神經錯亂的臨床治療的神經接口領域中具有對創造改進的波導神經接口裝置的需要。本發明提供這樣的改進的波導神經接口裝置。

附圖簡述

圖1-6是第一優選的實施方案的波導神經接口裝置的配置的變化形式的示意圖;

圖7和8是第一優選的實施方案的波導神經接口裝置的帶支路變化形式的示意圖;

圖9A-9C是分別優選的實施方案的波導神經接口裝置的電路板的前視示意圖、側視示意圖和后視示意圖;

圖9D和9E是優選的實施方案的波導神經接口裝置的電路板的變化形式的示意圖;

圖10是第二優選的實施方案的波導神經接口裝置的一個變化形式的示意圖;

圖11A和11B分別是第二優選的實施方案的波導神經接口裝置的另一個變化形式的透視圖和沿著圖11A的線A-A取的橫截面圖的示意圖;

圖11C和11D分別是第二優選的實施方案的波導神經接口裝置的另一個變化形式的俯視圖和沿著圖11C的線B-B取的橫截面圖的示意圖;

圖12A是常規的光極的側視示意圖;

圖12B和12C是第二優選的實施方案的波導神經接口裝置的變化形式的側視示意圖;

圖12D是對于常規的光極和第二優選的實施方案的波導神經接口裝置的作為沿著波導部(waveguide)的深度或縱向距離的函數的光強度的曲線圖;

圖13A-13D是第二優選的實施方案的波導神經接口裝置的薄膜波導部的制造工藝的示意圖;

圖14A-14D分別是第二優選的實施方案的波導神經接口裝置的波導部件、神經裝置部件以及兩個可能的被組裝的透視圖的示意圖;

圖15A-15E是制造優選的實施方案的波導神經接口裝置的方法的示意圖;以及

圖16是制造另一個優選的實施方案的波導神經接口裝置的方法的示意圖。

優選實施方案的描述

本發明的優選的實施方案的以下描述不意圖將本發明限制于這些優選的實施方案,而是意圖使任何本領域的技術人員能夠制造和使用本發明。如本文所使用的并且除非另有說明,術語“分散”(以及其的變體)用于指代作為光的漫射、散射(例如單一事件的散射或多重事件的散射)或任何合適的發射或改變方向的結果的光的分散。

1.第一優選的實施方案的波導神經接口裝置

如圖1和2中所示的,第一優選的實施方案的波導神經接口裝置100包括:神經裝置110,其可植入在組織中并且包括電極部位的陣列112,電極部位的陣列112與電極部位的陣列112的周圍環境電連通,其中電極部位的陣列112包括至少一個記錄電極部位;以及波導部120,波導部120被耦合于神經裝置并且包括將光沿著縱向軸線傳輸并且再導向(redirect)被傳輸的光以照亮被選擇性地靶向的組織(selectivelytargetedtissue)的光導向元件122。波導部120優選地與神經裝置110分開地形成,將被傳輸的光的至少一部分橫向地遠離縱向軸線再導向,并且記錄電極部位優選地被配置為對被照亮的組織進行取樣。本實施方案的波導神經接口裝置向神經光電裝置或“光極”的設計空間提供更大的靈活性和功能性。波導神經接口裝置可以提供一維的光學刺激型式(例如圖1和圖3-6)或至少一個二維的光學刺激型式(例如圖10和11)。波導神經接口裝置優選地向這樣的光學刺激型式提供用于光基因技術的應用的神經記錄能力。例如,裝置可以使對具有空間選擇性的神經活動性以及對于神經集合的臨床治療和機理研究有用的時間分辨率和持續時間的控制和監測成為可能。波導神經接口裝置100優選地用于在臨床應用(例如帕金森癥、癲癇癥、憂郁癥、肥胖癥、高血壓的治療,但是可以在任何其中刺激作為治療是有用的疾病中或任何適合的疾病中使用)中和/或在任何合適的研究應用(例如將行為與神經集合的集中活動相聯系和繪圖)中提供光學刺激和神經監測。將高度專用的二維和三維神經探針(具有電傳感和/或刺激)與光學傳感和/或刺激組合可以顯著地提高可能的實驗應用和臨床應用。波導神經接口裝置優選地可插入或可植入在神經組織,以及更優選地腦組織中,但是可以被用于任何合適的組織。

神經裝置110起作用以提供用于電極部位的陣列112的結構,且在某些情況下提供用于波導神經接口裝置向組織中的插入和/或植入的結構。神經裝置110可以是神經探針,例如在美國專利申請第2008/0208283號中描述的,2008/0208283通過本引用以其整體并入??裳≡竦?,神經裝置110可以是任何合適的神經探針或合適的結構。如圖1-9中所示的,神經裝置110包括電極基材以及被耦合于電極基材的電極部位的陣列112。電極部位的陣列112優選地包括對被照亮的組織進行取樣的一個或多個記錄電極部位,并且還可以包括一個或多個提供電刺激的刺激電極部位。電極部位的陣列112的至少一部分,特別是記錄電極部位,優選地被定位為毗鄰于波導部120的光導向元件122,以避免直接照亮在電極部位上的方式,由此減小或消除貝克勒耳效應對經過神經接口裝置獲得的信號的影響并且改進神經接口裝置中的數據收集的精確度。神經裝置110優選地是實質上平面的并且包括前部面以及在前部面后方或與前部面相反的背部面。雖然前部面和背部面優選地是平坦的,但是神經裝置110可以可選擇地具有彎曲的形狀,例如其中前部面和/或背部面是凹形的、凸形的或波浪形的神經裝置110。在可選擇的形式中,神經裝置110是近似圓柱形的并且電極部位112被排列為軸向地沿著和/或周向地圍繞神經裝置。神經裝置110可以可選擇地具有任何合適的形狀或橫截面,例如橢圓形的或矩形的。神經裝置可以是柔性的(例如可以包括被耦合于電極基材的柔性的互相連接部)或剛性的(例如電極基材被耦合于剛性的背襯、剛性的承載器或其他的剛性結構)。

波導部120起作用以將光遠離波導神經接口裝置地再導向,以便光學地刺激被靶向的組織。在某些實施方案中,如圖6中所示的,波導部120可以進一步地作為用于對插入組織中的波導神經接口裝置提供結構支撐的承載器或其他結構。在這些實施方案中,波導部120優選地是剛性的或足夠剛性以為了向組織中的插入提供支撐。例如,神經裝置110可以是柔性的神經探針基材,其中波導部120是相對地厚的和剛性的并且神經探針基材是相對地薄的和/或柔性的。波導部120可以是成錐形的,朝向波導部的遠端端部變窄,以減小在向組織中的插入期間的組織破環。波導部120優選地從光源沿著其縱向軸線接收光,但是可以可選擇地以任何合適的方式接收光。為了接收光,波導部可以具有相對大的橫截面,以與提供光的光連接器匹配。波導部120可以通過內部反射或任何合適的方法傳輸光。波導部120可以是剛性的、半剛性的或柔性的。波導部120優選地是薄膜結構,例如通過包括以下的多種合適的制造工藝中的一種或多種形成的薄膜結構:微光機電系統(MOEMS)、光刻、微浮凸、熱納米壓印光刻(NIL)、組合的納米壓印和光刻(CNP),和/或任何合適的制造工藝。用于這些制造技術的示例性波導部材料包括但不限于有機材料,例如SU-8、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、全氟聚合物、聚二甲基硅氧烷(PDMS)、聚對二甲苯,和/或無機材料,例如二氧化硅(SiO2)、氮化硅、氮氧化硅和二氧化硅(silica)。然而,波導部可以可選擇地是光纖或由任何合適的材料制造的任何合適的光傳輸波導部。

如圖1-6中所示的,波導部120優選地包括將光橫向地遠離波導部的縱向軸線導向(即,被導向的光在具有垂直于波導部的縱向軸線的非零分量的方向上被對準或傳播)的光導向元件122。光導向元件122可以是多個變化形式中的一個或多個,包括一個或多個折射、反射、聚焦和/或散射光和/或進行光的任何合適的操縱的特征。在優選的實施方案中,波導部120還包括內芯部(innercore)以及覆蓋芯部的包層部(claddinglayer),并且芯部和包層材料優選地幫助沿著波導部的內部反射。波導部可以進行光刻工藝,以成型包層和選擇性地暴露芯部,使得波導部的光導向部分包括被暴露的芯部。

在第一變化形式中,如圖1B中所示的,光導向元件122包括以特定的折射角將被傳輸的光遠離波導部120地折射的折射器122a。折射器可以被定位在波導部的遠端端部處。例如,遠端端部可以包括有角度的末端,有角度的末端的形狀被配置為折射被波導部傳輸的光。作為另一個實施例,遠端端部可以另外地和/或可選擇地包括具有與波導部的其余部分不同的折射率的材料。折射器122a可以另外地和/或可選擇地被定位在沿著波導部120的長度的任何合適的地點處。例如,如圖2中所示的,波導部可以包括一個或多個有角度的折射器122a,其每個通過折射使被傳輸的光的一部分遠離波導部120分布。光導向元件可以包括任何合適的數量的具有任何合適的尺寸或形狀的折射器。

在第二變化形式中,如圖1C和4A中所示的,光導向元件包括將被傳輸的光遠離波導部120地反射或沿著縱向軸線反射回來的反射器122b。反射器122b可以是反射性金屬的薄膜、鏡子或任何合適的類型的反射器。該反射器的表面粗糙度可以被增加或減小以調整光路的方向性或聚焦。反射器可以被定位在波導部120的遠端端部處。例如,波導部的遠端端部可以包括成角度以將被傳輸的光以某個角度遠離波導部地反射的反射器。作為另一個實施例,波導部的遠端端部可以包括將被傳輸的光沿著縱向軸線在近端方向反射回來的反射器224,其可以被用于重新捕獲“錯過”或繞過其他光導向元件的光。在本實施例中,被反射的光(如果不以這種方式將被損失)優選地被給予另一個將被另一個光導向元件遠離波導部120地導向的機會,由此增加波導神經接口裝置的效率。反射器122b可以另外地和/或可選擇地被定位在沿著波導部的長度的任何合適的位置。光導向元件還可以包括任何合適的數量的反射器。

在第三變化形式中,如圖1D中所示的,光導向元件包括將光聚焦至遠離波導部120的點的透鏡122c。透鏡122c可以是管狀透鏡或任何合適的透鏡,優選地被配置為將被傳輸的光會聚至在波導部120外部的焦點、發散被傳輸的光,或以任何合適的方式導向被傳輸的光。透鏡可以具有被預選擇以將光聚焦至被靶向的組織的焦距??裳≡竦?,透鏡可以具有可調整的和/或可變的焦距,使透鏡能夠將光聚焦在遠離波導部的可調整的距離處,由此提供組織靶向的控制的另一個維度??傻髡耐婦檔氖道ㄎ露瓤刂頻耐婦?例如液晶透鏡)和電壓控制的透鏡(例如鐵電透鏡)。光導向元件還可以包括任何合適的數量的可以被單獨地制造并且??榛刈樽霸謐爸每?14中的開口內部的透鏡。

在第四變化形式中,光導向元件122包括將被傳輸的光遠離波導部120地散射或沿著縱向軸線散射回來的散射元件,散射元件在應用上相似于反射器。散射元件可以包括分布的布拉格反射器、表面褶皺、光學分散覆層、內嵌在波導部120中的光學分散分子,和/或任何合適的類型的散射元件。光導向元件還可以包括任何合適的數量的散射元件。

波導部120可以包括一個或多個光導向元件122,并且如果具有多個光導向元件,那么光導向元件可以是以任何合適的組合的變化形式中的一個或多個。此外,波導部120可以包括以任何合適的型式縱向地和/或橫向地沿著波導部的多個光導向元件的排列,由此將被傳輸的光以任何合適的方式遠離波導部地分布。每個光導向元件可以從波導部上的不同點再導向被傳輸的光的一部分。特別地,每個光導向元件可以在沿著波導部長度的不同距離處再導向被傳輸的光的一部分。

在某些變化形式中,波導部120還可以包括濾波器,例如允許僅某個帶寬的光經過的濾波器。例如,在其中被照亮的組織的僅一部分被配置為被某個顏色或波長刺激的應用中,允許該顏色或波長經過的濾波器可以因此允許被照亮的組織的僅可接受部分被刺激,由此提供組織靶向的另一個維度。

波導神經接口裝置可以包括神經裝置110、波導部120和一個或多個光導向元件122的任何合適的組合。在波導神經接口裝置的第一變化形式中,如圖1A-1D中所示的,電極部位的陣列112被定位在神經裝置110的前部面110a上,并且波導部120被耦合于或安裝在神經裝置110的背部面110b上,其中神經裝置的前部面110a可以是神經裝置的任何合適的面(并且可以被定義為包括電極部位的陣列的至少一部分的任意面)并且背部面110b在前部面的相反的側上(或“在其后方”)?!扒安棵妗痹詒頸浠問街?,神經裝置110優選地包括在背部面和前部面之間延伸的孔114???14優選地是通孔,但是可以包括任何合適的孔,例如光柵、網格狀結構、濾波器或任何合適的允許光通過的結構??卓梢粵磽獾睪?或可選擇地包括允許來自波導部的光通過的半透明材料。電極部位的陣列112和光導向元件122優選地相對于孔114定位,使得波導部120的光導向元件將光再導向經過孔114以照亮毗鄰于電極部位的組織。例如,如圖1A中所示的,電極部位的陣列112可以圍繞孔114的周長排列。光導向元件122可以包括將光折射經過神經裝置的孔的折射器、將光反射經過神經裝置的孔的反射器,和/或將光穿過孔而聚焦的透鏡。神經裝置110可以包括沿著神經裝置的長度并且相應于光導向元件而分布的另外的孔。

在波導神經接口裝置的第二變化形式中,如圖3和4中所示的,電極部位的陣列112被定位在神經裝置110的前部面110a上,并且波導部120被耦合于或安裝在神經裝置的前部面上、毗鄰于電極部位的陣列112。波導部120可以包括光導向元件變化形式的任何組合中的一個或多個。例如,被安裝在前部的波導部包括在波導部的遠端端部上的將光以照亮毗鄰于電極部位的陣列112的組織的角度折射和/或反射的折射器122a和/或反射器122b光導向元件。作為另一個實施例,如圖2中所示的,波導部120可以包括沿著波導部的長度定位的一個或多個光導向元件,使得每個光導向元件通過折射、反射、透鏡或任何合適的光導向元件將被傳輸的光的至少一部分遠離波導部120而分布。

在波導神經接口裝置的第三變化形式中,如圖5中所示的,波導部120橫向地延伸超出電極基材或神經裝置110的其他的部分。在本變化形式中,光導向元件可以橫向地延伸超出神經裝置,并且包括如上文描述的折射器、反射器、透鏡和/或散射元件變化形式中的任何,或光導向元件的任何合適的變化形式。

波導神經接口裝置的其他的變化形式包括以上的變化形式的任何合適的組合,例如其中電極部位的陣列112被定位在神經裝置110的前部面上并且波導部120既被耦合于具有孔的神經裝置的背部面又橫向地延伸超出神經裝置的一部分,使得某些被傳輸的光被經過孔遠離波導部120地導向并且某些被傳輸的光被從橫向延伸部遠離波導部地導向的變化形式。

波導部120優選地與神經裝置110分開形成,并且在組裝期間被耦合于神經裝置110,如下文描述的。然而,波導部可以可選擇地與神經裝置一體地形成(例如在波導神經接口裝置的制造期間以晶片水平)。

在某些實施方案中,波導神經接口裝置可以包括被配置為與組織的不同的靶向區域接口的多個支路和/或多個波導部。多個支路、多個波導部和/或多個電極部位的陣列的??榛墑棺櫓牟煌虻陌邢虺晌贍?,同時減小設備的總體尺寸和占用面積并且潛在地將多個外部連接部減少至單一的外部連接部。例如,如圖7中所示的,神經裝置110可以包括第一支路116a和第二支路116b,其中第一波導部120a被耦合于第一支路并且第二波導部被耦合于第二支路。另外的波導部可以被以任何合適的方式分布在神經裝置的第一、第二或更多的支路上(例如,有兩個波導部在一個支路上并且第三個在另一個支路上,如圖9D中所示的)。支路可以被定位為相對于彼此從前部向后部和/或相對于彼此并排(圖7),或以任何合適的取向。作為另一個實施例,如圖8中所示的,神經裝置110可以包括經過顱骨中的不同的進入點的第一支路和第二支路,其中電極部位的陣列112(或電極部位的陣列的子集,例如包括刺激電極部位和/或某些記錄電極部位的部分)被耦合于第一支路并且波導部被耦合于第二支路。神經裝置110的支路可以是柔性的或剛性的,例如在柔性的或剛性的基材上??裳≡竦?,支路的在單一的神經裝置上的一部分可以是柔性的,而支路的另一個部分可以是剛性的。

波導神經接口裝置優選地還包括與電極部位的陣列112和波導部120中的至少一個接口的電路板130。如圖9A-9C中所示的,電路板優選地是雙面的(或“雙側的”)并且包括具有與電極部位的陣列112接口的電氣部件132的電氣面(electricalface)130a以及具有與波導部120接口的光學部件134的光學面130b。電路板可以是具有兩個面的單一的板或被緊固件、粘合劑或以任何合適的方式背靠背地耦合的兩個板。通過分離電氣部件和光學部件,電路板可以允許在電路板上的空間的最大化并且減少噪音耦合。波導部120優選地直接地耦合于電路板的光學面130b并且神經裝置110優選地直接地耦合于電路板的電氣面。這種“??榛鋇鳥詈獻樽翱梢員惶卣鞲ㄖ愿慕考宰?,例如基準標記、凸臺和/或相應的對準洞142??裳≡竦?,如圖9D中所示的,電路板可以包括具有電氣部件132的電氣區域以及具有光學部件134的光學區域,其中電氣區域和光學區域二者都位于電路板130的同一個面或側上。在另一個變化形式中,電路板的每個面可以包括電氣部件和光學部件的混合(即每個面包括總的電氣部件的一部分和總的光學部件的一部分)。在一個變化形式中,電路板可以包括被折疊在電路板的主要的面上的折疊部分。例如,折疊部分可以包括當折疊部分被折疊在電路板的主要的面上時接合并且耦合于波導部120的光源136。在另一個變化形式中,如圖9E中所示的,電路板可以包括夾住波導部和/或神經裝置的兩個面(電路板可以折疊或包括兩個分離的夾住件),這可以有利地允許電路板的??榛墓乖觳⑶壹跎僭詰緶釩逕系腦胍赳詈匣蚱淥陌樗嫻南嗷プ饔?。電氣部件132優選地包括各種無源的或有源的電氣部件、用于電極部位的陣列的接合焊盤、用于將神經裝置110接口于外部部件的連接器(例如承載用于電極部位的陣列的電線的柔性的互相連接部)、用于二級管或LED的電流驅動器133、用于提供控制信號的控制電子設備、電池電源和/或任何合適的電子設備。光學部件134優選地包括一個或多個光收集元件137、光聚焦元件139、光學濾波器和/或任何合適的光學部件。光學面還可以包括一個或多個被耦合于波導部的光源。光源136可以是被安裝于電路板的發光二級管(LED)、激光二級管、垂直腔面發射激光器(VCSEL)或任何合適的激光器或光源。然而,光源可以是外部光源,例如激光器、激光二級管或一個或多個LED。耦合來自外部光源的或來自被安裝于電路板的光源的光可以使用一種或多種技術實現,并且耦合選項的數量通過使用??榛牟考?10和120被增加。例如,耦合光源和波導部可能涉及將任何數量的收集元件137(例如球面透鏡、雙凸透鏡、平凸透鏡)和聚焦元件139(例如梯度折射率(GRIN)透鏡、球面透鏡、雙凸透鏡、平凸透鏡)安裝在光源和波導部之間。耦合還可以使用直接地耦合光源和波導部的對接耦合。表面發射LED可以被豎直地(例如在“沖浪(surf)”板上的DIP插座)或水平地安裝在同一個電路板上并且依賴于反射性元件以將路徑導向一個或多個縱向地安裝的波導部中。然而,可以使用任何合適的耦合手段將光源耦合于一個或多個波導部。

波導部120的制造優選地還包括通過任何合適的工藝從基材釋放波導部,并且切割至合適的預確定的長度。構建、釋放,然后切割波導部220的工藝可以對改進工藝的??榛?或特定的波導神經接口裝置的定制是有用的,例如對于光學部分的形狀和分布以及總體波導部的尺寸的具體定制來說。光導向元件122還可以在切割或蝕刻波導部的過程中控制和形成以產生各種末端輪廓和角度。

2.第二優選的實施方案的波導神經接口裝置

如圖10和11中所示的,第二優選的實施方案的波導神經接口裝置200包括:神經裝置210,其可植入在組織中并且包括電極部位的陣列212,電極部位的陣列212與電極部位的陣列212的周圍環境電連通,其中電極部位的陣列包括至少一個記錄電極部位;以及波導部220,波導部220被耦合于神經裝置210并且將光沿著縱向軸線傳輸并且包括分散被傳輸的光以照亮被選擇性地靶向的組織的光學分散部分(opticallydissipatingportion)222。被分散的光的至少一部分優選地從光學分散部分222遠離縱向軸線地橫向地傳播,并且記錄電極部位優選地被配置為對可以通過照亮被電激發的被照亮的組織進行取樣。第二優選的實施方案的波導神經接口裝置優選地以與第一優選的實施方案相似的方式被使用。

第二優選的實施方案的神經裝置210優選地相似于第一優選的實施方案的神經裝置110。神經裝置210優選地包括被在波導部220上成層的電極基材,并且電極基材優選地包括電極部位的陣列212的至少一部分。

波導神經裝置的第二優選的實施方案的波導部220起作用以將光遠離波導神經接口裝置地再導向,以光學地刺激被靶向的組織。波導神經接口裝置的第二優選的實施方案的波導部220可以相似于第一優選的實施方案的波導部。波導部220可以是圓柱形的(例如光纖或其他的圓柱形的波導部,如在圖10中的)、實質上平面的(例如薄膜波導部,如在圖11A中的)或任何合適的形狀。在本實施方案中,波導部220優選地包括一個或多個將光遠離波導神經接口裝置地分散的光學分散部分222。光學分散部分222可以是實質上矩形的、橢圓形的、圓形的或任何合適的形狀的長形的“光口”。光學分散部分的具體的形狀和分布可以取決于具體的應用和期望的定制。如圖11B中所示的,被分散的光優選地遠離波導部220的縱向軸線地橫向地傳播(即,被分散的光在具有垂直于波導部的縱向軸線的非零分量的方向傳播)。被分散的光優選地具有作為沿著波導部220的距離的函數以及優選地作為沿著光學分散部分的距離的函數的實質上均一的強度。如圖12A和12D中所示的,常規的光纖光極提供軸向沿著從光纖的一個端部的僅一個維度的光,這導致不受控制的散射、圓錐形的分布和作為沿著波導部的距離(即裝置的當被插入組織中時的深度)的函數的迅速地下降的強度。相反地,如圖12B-12D中所示的,本文描述的波導神經接口裝置優選地使至少二維的光能夠具有受控的散射和作為沿著波導部的距離的函數的均一的強度,但是在某些可選擇的實施方案中裝置可以提供以任何合適型式的分布和/或強度的光。

波導部220包括內芯部230以及覆蓋芯部的包層部232,并且芯部和包層材料優選地被選擇使得芯部和包層配合以幫助內部反射。波導部220優選地進行光刻工藝以成型包層以及選擇性地暴露芯部,使得波導部的光學分散部分222包括被暴露的芯部。然而,光學分散部分222可以可選擇地被以任何合適的方式形成。光學分散部分可以包括進一步限定光漫射的量的分散材料。光學分散部分222提供的光漫射的量至少部分地取決于芯部的表面粗糙度的量、分散材料的具體的性質、光學分散部分相對于總波導部寬度的寬度、以及波導部厚度。在制造期間,這些參數中的許多(如果不是所有的的話)可以被密切地控制,提供波導部特征的精確規格以及波導神經接口裝置的用于多種應用的詳細定制。

在波導部制造工藝的一個變化形式中,如圖13A中所示的,材料的犧牲層238被沉積至基材236上,并且包層材料的下包層部232a被沉積至犧牲層上(例如通過CVD、PECVD、自旋工藝或任何合適的沉積工藝)。如圖13B中所示的,芯部材料被沉積至結構上并且被成型以形成內芯部230。包層材料的上包層部232b被沉積在芯部230上,隨后是硬掩模的沉積和成型。上包層部232b優選地使用選擇性地除去上包層部232b和/或粗糙化芯部表面以形成光學分散部分222的合適的成型工藝被成型。被暴露的芯部表面可以另外地和/或可選擇地被以任何合適的方式織構化以形成光學分散部分222。分散介質(例如漫射和/或散射材料)的向被暴露的芯部中的可選擇的受控的加入可以進一步影響光學分散部分提供的光分散的量。在一個變化形式中,如圖13C中所示的,光分散材料(例如氧化鋁、二氧化鈦、金剛石粉末或任何合適的材料)的包覆層234可以在被暴露的芯部上沉積和成型。例如,光學分散材料的加入可以相似于在美國專利第5,946,441和5,580,932號中描述的,5,946,441和5,580,932通過本引用以它們的整體并入。分散材料優選地是生物相容的,具有大于波導部芯部的折射率的折射率,并且具有低的光學吸收。在另一個變化形式中,光分散材料的分子可以使用離子注入或擴散或任何合適的內嵌的手段被內嵌在暴露的芯部中。此外,對波長敏感的光分散分子可以在各種位置處被施用于波導部中的不同的“開口”,以根據波長選擇性地控制光發射(例如為定制的另一個維度提供光輸出的空間控制),例如在美國專利第7,194,158號中描述的,7,194,158通過本引用以其整體并入。

沉積并且成型光學分散層可以可選擇地在沉積包層材料的上包層部之前進行。波導部220的制造優選地還包括通過任何合適的工藝從基材釋放波導部,并且切割至合適的預確定的長度。構建、釋放,然后切割波導部220的工藝可以對改進工藝的??榛?或特定的波導神經接口裝置的定制是有用的,例如對于光學分散部分的形狀和分布以及總體波導部的尺寸的具體定制來說??裳≡竦?,波導部220的最終的長度可以在從基材釋放之前使用另一個硬掩模蝕刻。在某些優選的實施方案中,波導部220的總體長度可以在3-400mm長之間和/或在厚度上高至200μm,這取決于應用。

在一個具體的實施例中,波導部包括SU-8(由MicroChem供應)的芯部以及CytopCTL-809M(由AsahiGlass供應)的包層部。Cytop包括比SU-8(n=1.59)低的折射率(n=1.34),使得兩種材料的組合形成具有內部反射的波導部。犧牲層、下包層部、芯部以及上包層部優選地被如上文描述地形成。上包層部然后被使用氧等離子體成型以暴露和粗糙化芯部表面。約300nm厚的氧化鋁的分散層被濺射沉積在被除去的上包層部的位置。氧化鋁的層然后被使用緩沖氫氟(HF)酸成型。波導部然后被從晶片釋放,且被金剛石刻劃至期望的長度。在本實施例中,波導部厚度在約30μm的數量級。

在波導部制造工藝的另一個變化形式中,如圖14中所示的,波導部220是具有內部芯部230和圍繞芯部的外包層部232的光纖。相似于波導部制造工藝的第一變化形式,包層部優選地被成型以選擇性地除去包層部以暴露和/或粗糙化芯部表面。被暴露的芯部表面可以另外地和/或可選擇地以任何合適的方式織構化以形成光學分散部分。分散覆層和/或內嵌的分散分子向芯部表面的可選擇的受控的加入可以進一步限定光學分散部分。另外的可選擇的用于產生波導部220的工藝在名稱為“Light-diffusingdeviceforanopticalfiber,methodsofproducingandusingsame,andapparatusfordiffusinglightfromanopticalfiber(用于光纖的光擴散裝置,生產和使用其的方法以及用于擴散來自光纖的光的設備)”的美國專利第5,946,441號中描述,5,946,441通過本引用以其整體并入。

神經裝置210的電極基材優選地被在波導部220上成層,并且更優選地以使得波導部的光學分散部分毗鄰于電極部位的陣列的至少一部分的方式成層。波導神經接口裝置可以包括神經裝置210和波導部220的任何合適的組合。如圖10和14中所示的,在第一變化形式中,電極基材被圍繞波導部220包裹。在本變化形式中,電極基材優選地包括至少一個孔214,孔214相應于波導部220的光學分散部分222,使得被分散的光被散射經過孔214以照亮組織???14可以在圍繞波導部220包裹之前在神經裝置210中形成,或可以在圍繞波導部包裹之后形成。此外,光學分散部分222可以在將電極基材圍繞波導部包裹之前或之后在波導部220中形成。電極部位的陣列212的至少一部分優選地接近或毗鄰于孔214,使得至少一個記錄電極部位被配置為對被照亮的組織進行取樣???14可以是實質上矩形的、圓形的、橢圓形的或任何合適的形狀。作為另一個實施例,孔214可以在波導部的縱向軸線的方向是長形的,如圖10中所示的。電極基材的孔214優選地是與波導部220的下面的光學分散部分222在形狀和尺寸上相似的,但是孔可以可選擇地比光學分散部分222小或大。電極基材可以被永久地附接于波導部220,使得其相對于波導部的位置被固定??裳≡竦?,電極基材可以被非永久地附接于波導部,使得神經裝置是沿著長度可調整的和/或圍繞波導部220旋轉,使得孔214作為選擇性地允許來自光學分散部分的光的可運動窗口,由此增加了定制的另一個維度。被分散的光優選地具有作為沿著孔214的距離的函數的實質上均一的強度。此外,電極基材可以包括多個孔,每個相應于光學分散部分。電極基材中的孔的數量可以小于、等于或大于光學分散部分的數量。在一種制造方法中,包層除去和孔214可以使用激光燒蝕被同時地產生,隨后是漫射介質的沉積??裳≡竦?,包層除去和孔形成可以使用任何合適的技術例如燒蝕或選擇性蝕刻而單獨地發生。

在另一個變化形式中,分散部分222可以可選擇地和/或另外地被沉積或以其他方式基成在電極基材中。在本變化形式中,包層232被選擇性地從波導部除去但是光分散材料可以被在電極基材中實現而不直接地在波導部上實現。漫射層與相應包層的對準在組裝期間發生。透明的粘合劑可以被施用以改進向漫射區域的光耦合。

在第二變化形式中,如圖11A中所示的,波導部220優選地橫向地延伸超出電極基材或神經裝置210的其他部分,并且更優選地波導部220的光學分散部分222橫向地延伸超出電極基材。如圖12B-12D中所示的,被分散的光優選地遠離波導部220的縱向軸線地橫向地傳播并且優選地具有作為沿著波導部的距離的函數的實質上均一的強度。在本變化形式中,波導部220可以包括單一的連續的光學分散部分(圖12B)或兩個或更多個光學分散部分(圖12C),以產生沿著波導部的長度的不連續的照亮。

在第三變化形式中,如圖11C和11D中所示的,波導部220優選地被安裝在裝置210的第一側(例如裝置210的頂部)上。在本變化形式中,光學分散部分位于波導部上,使得光學分散部分通過將光沿著波導部的至少一部分的長度擴散和/或散射光來發射經過波導部的側部和/或經過波導部的頂部的光。光學分散部分可以被在任何合適的邊緣、側部和/或面上形成以在任何合適的方向發射光。相似于第二變化形式,波導部可以包括單一的連續的光學分散部分或兩個或更多個分離的光學分散部分,以產生沿著波導部的長度的不連續的照亮。這樣的裝置的一個優點是在接近漫射元件的局部組織體積中產生均一的光強度并且在相對長的空間維度上做這些,例如圖11C中示出的成角度的邊緣。

如圖14A中所示的,波導部220還可以包括將被傳輸的光沿著縱向軸線反射的反射器末端。反射器末端可以相似于在波導神經接口裝置的第一優選的實施方案中描述的反射器末端。通過將被傳輸的光沿著縱向軸線反射回來,如果不以這種方式將被損失的光被沿著波導部220返回,以進行潛在的通過光學分散部分的再導向,由此增加效率。

波導神經接口裝置的另外的變化形式可以包括神經裝置210、電極部位的陣列和波導部220的任何合適的組合。例如,波導神經接口裝置可以包括第一優選的實施方案的光導向元件和第二優選的實施方案的光學分散部分二者。

在某些實施方案中,相似于第一優選的實施方案的波導神經接口裝置,第二優選的實施方案的波導神經接口裝置可以包括被配置為與組織的不同區域接口的多個支路和/或多個波導部,并且優選地包括與電極部位的陣列和波導部中的至少一個接口的電路板。第二優選的實施方案中的電路板優選地相似于第一優選的實施方案的電路板。

3.組裝波導神經接口裝置的方法

如圖15A-15E中所示的,制造優選的實施方案的波導神經接口裝置的方法S300包括以下步驟:提供包括多個電極部位的神經裝置S310;提供波導部,波導部與神經裝置分離并且被配置為將光沿著縱向軸線傳輸并且包括將被傳輸的光遠離波導部地再導向的光導向元件S320;提供電路板,電路板與神經裝置和波導部分離并且被配置為與多個電極部位和波導部接口S330;將波導部的光發射元件相對于神經裝置取向至預確定的角取向S340,其中預確定的角取向是基于被再導向的光的所選擇的方向;以及將包括神經裝置、波導部和電路板的組中的每個結構耦合于所述組中的其他結構中的至少一個S350,其中耦合包括將波導部相對于神經裝置固定在預確定的角取向S352。

制造波導神經接口裝置的方法S300是具有多個潛在的優點的??榛某殺居行У耐揪?。首先,方法可以提供高空間分辨率,因為波導部可以沿著任何軸線旋轉以將平面的x-y維度轉換為有效的z軸維度,如果不以這種方式這是難以實現的。第二,方法可以使制造能夠進行具體區域的照亮的定制波導神經接口裝置成為可能,同時避免如果不以這種方式將發生的成本和生產率問題?;瘓浠八?,如果波導部和神經裝置被在晶片水平一體化,那么波導神經接口裝置設計的期望的/有用的置換的數量是大的,使得其阻礙了這樣的裝置的銷售的收益性。本方法可以克服該問題,超越了晶片水平途徑的實際極限。第三,方法可以分離了在神經裝置制造或波導部制造的一個方面的產量問題,由此改進平均產量以及降低最終組合波導神經接口產品的總成本。然而,在可選擇的實施方案中,制造波導神經接口裝置的方法可以包括任何合適的步驟。例如,神經裝置、波導部和電路板部件中的一部分或所有可以被以一體化的方式制造(例如,依次使用任何光刻工藝和/或任何合適的技術制造,而沒有在方法300中描述的制造后的組裝)。例如,神經裝置和波導部可以依次作為集成結構共同地制造,并且然后在制造之后被耦合于電路板。

提供神經裝置S310、提供波導部S320和提供電路板S330的步驟優選地包括提供相似于上文在波導神經接口裝置的第一優選的實施方案100和/或第二優選的實施方案200中描述的那些的神經裝置或神經探針、波導部和電路板,但是可以可選擇地包括提供任何合適的神經裝置、波導部和/或電路板。此外,雖然方法主要地使用第一優選的實施方案的波導神經接口裝置被例證,但是方法可以被實施以組裝第二優選的實施方案的波導神經接口裝置(圖14和16),或組裝優選地具有至少分離的神經裝置和波導部件并且可能另外地具有分離的電路板部件的任何合適的波導神經接口裝置。

步驟S340包括將波導部的光導向元件取向至預確定的角取向的步驟,且起作用以將被再導向的光的方向設置成特定的方向。如圖15B中所示的,取向光導向元件的步驟優選地包括將波導部圍繞波導部的縱向軸線旋轉至預確定的角取向S342。然而,波導部可以被圍繞任何合適的軸線旋轉。此外,取向波導部的光導向元件的步驟可以包括將波導部沿著縱向軸線、橫向軸線或任何合適的軸線平移S344。以這種方式取向波導部優選地使沿著另一個軸線的另一個空間維度變化成為可能,特別是在被相對于神經裝置旋轉時,典型地在x-y平面中的特征能夠變成z軸中的特征。步驟S340使波導神經接口裝置的進一步定制成為可能。

步驟S350包括將包括神經裝置、波導部和電路板的組中的每個結構耦合于所述組中的其他結構中的至少一個的步驟,且起作用以固定和組裝所述組的結構以形成波導神經接口裝置。步驟S350優選地包括將波導部固定在相對于神經裝置和/或電路板的預確定的角取向。在步驟S350中,三個部件(神經裝置、波導部和電路板)可以被以任何順序安裝或附接。在第一變化形式中,如圖15C中所示的,步驟S350包括耦合波導部和電路板以形成波導部-電路板結構S362并且耦合神經探針和波導部-電路板結構S364。在本變化形式中,耦合波導部和電路板S350可以包括將波導部耦合于電路板的具有光學部件的光學面并且將神經裝置耦合于電路板的具有電氣部件的電氣面。在第二變化形式中,如圖15D中所示的,步驟S350包括耦合神經裝置和電路板以形成神經裝置-電路板結構S372并且耦合波導部和神經裝置-電路板結構S374。在第三變化形式中,如圖15E中所示的,步驟S350包括耦合波導部和神經裝置以形成波導部-神經裝置結構S382并且耦合電路板和波導部-神經裝置結構S384。在步驟S350的變化形式的匯總中,可以使用神經裝置、波導部和電路板的任何組裝順序:(1)耦合波導部和電路板,然后耦合神經裝置和波導部-電路板結構,(2)耦合神經裝置和電路板,然后耦合波導部和神經裝置-電路板結構;或(3)耦合波導部和神經裝置,然后耦合電路板和波導部-神經裝置結構。在步驟S350的這些變化形式中的任何中,將電路板耦合于波導部可以包括耦合將來自光源的光傳遞至波導部的光學耦合器。在步驟S350的這些變化形式中的任何中,將電路板耦合于神經裝置可以包括將互相連接部(例如柔性的互相連接部)耦合在神經裝置和電路板之間以傳遞電信號。耦合步驟S350可以包括成層或堆疊部件中的兩個(例如將神經裝置成層在波導部上)、包裹一個部件(例如將神經裝置包裹在波導部上)、端對端地連接(例如將電路板耦合于神經裝置或波導部的軸向端部),和/或任何合適的耦合步驟。此外,在其他的實施方案中,另外的中間部件可以被引入以間接地耦合結構中的任何兩個。例如,神經裝置和波導部二者可以被耦合于共用的基部,例如承載器,而不使神經裝置和波導部被直接地耦合于彼此。

耦合的步驟S350可以被手動地和/或使用機器輔助進行。部件中的一個或多個可以包括用于輔助部件對準的特征,例如基準符標記、凸臺和/或相應的對準洞。耦合結構中的任何兩個的步驟可以包括涂布環氧化物,例如醫學級環氧化物(例如EpoxyTekH70E-2或320,其被設計為屏蔽光)或可紫外固化的環氧化物,或使用緊固件,或任何合適的粘合劑或其他用于耦合的手段。耦合結構中的任何兩個的步驟可以另外地和/或可選擇地包括將聚合物外覆層圍繞組中的結構中的至少兩個施用。

如本領域的技術人員將從上文的詳細描述以及從附圖和權利要求意識到的,可以進行對本發明的優選的實施方案的修改和改變而不偏離本發明的在以下的權利要求中限定的范圍。

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