[发明专利]一种光刺激微型化脑机接口装置

说明书

本发明提供了一种光刺激微型化脑机接口装置，属于光敏蛋白的生物交叉科研领域。该装置包括光纤、固定装置、光纤耦合器、散热片、光源、主控装置、蓝牙和上位机。本发明通过光纤二次熔纤，使得光纤形成110°～140°的钝角，配合固定装置加以固定，在光源处通过锥形光纤耦合，并使用微控制器进行刺激光属性的调节，解决了现有装置形状凸出、体积大和不支持可编程调光等问题。另外，光源的可拆卸、可编程调光功能和多条独立的刺激通道，提高了普适性，适用于多种条件下的光刺激实验。

技术领域

本发明属于光敏蛋白的生物交叉科研领域，涉及一种光刺激微型化脑机接口装置。

背景技术

光遗传学是一门整合了光电子学和基因工程学的学科，通过用病毒作为载体，将合适的外源光敏感蛋白靶向导入特定的活细胞中，用不同波长和强度的光源刺激光敏感蛋白，调控神经元的活性，进而控制细胞乃至动物行为的开关。随着光遗传学技术的出现与发展，光遗传学激励装置的设计与研制成为了一个重要的研究方向。

目前，对于光遗传学激励装置已经有一定的研究。专利CN202010795035.4提出一种颅内刺激记录系统及制备方法，使用柔性光纤与激光器连接，柔性深部脑部电极通过夹具固定于柔性光纤上。专利CN201910146688.7发明了一种光电复合电极光纤及其制作方法，属于光纤材料制备技术领域，其发明的光电复合电极光纤，能够同时实现光信号和电信号的高效传输，比传统的光电光纤材料导电性能大大增强。专利CN201811003774.4设计了一种面向光遗传学的LED插头、封装装置及方法，涉及LED封装技术，包括起支撑作用的管壳，管壳中的内芯，套于管壳外侧的套管和固定于内芯的LED芯片，从而适用于现有光遗传学实验开孔。专利CN201710261648.8发明公开一种光刺激装置，采用可植入式光遗传学双侧LED刺激针，配合对应的固定夹具，可以根据刺激对象头部的目标核团位置不同，任意调节两个刺激针的间距，减少由于距离导致光在光纤中的损耗。

当前基于光遗传学的植入式光激励装置都是在动物脑部开放创口，结构上垂直安装，进行光电激励，整体体积大、形状凸出，普遍用于短时测试目的，无法承担长时间、自然环境下的动物光遗传学激励测试实验。另外，目前使用的装置在功能上无法实现可编程调光，即对光的强度、脉冲串数量和光谱频率进行调节，无法承载精细化的光遗传学激励测试实验。

针对上述问题，本发明提出了一种基于光纤二次熔纤的弯折式埋入式植入式光电极及生物相容性支架结构。通过埋入式光纤光电极及微型化生物相容性支架结构解决现有装置不能在自然环境下长时间进行野外测试实验的问题。除此之外，设计了微型化背负式快速安装主控单元，可以通过编程实现对光源的强度、光刺激脉冲串数量和光谱频率进行调节，以此支撑精细化的光遗传学激励测试实验。

发明内容

为了解决上述问题，本发明设计了一种光刺激微型化脑机接口装置，通过光纤二次熔纤，使得光纤形成110°～140°的钝角，配合固定装置加以固定，在光源处通过锥形光纤耦合，并使用微控制器进行刺激光属性的调节，解决了现有装置形状凸出、体积大和不支持可编程调光等问题。

本发明的技术方案为：

一种光刺激微型化脑机接口装置，包括光纤、固定装置5、光纤耦合器8、散热片9、光源10、主控装置11、蓝牙12和上位机13。

所述光纤的前部进行如下处理：将光纤切割为两段，两段光纤反向连接后二次熔纤，使两段光纤间形成110°～140°的钝角，有利于刺激光在光纤中的传导，提高光的传导效率，降低光的损失；光纤前端2位于二次熔纤部位4的前端，整个光纤前端2利用真空镀膜工艺镀上钛合金3，并埋入受体动物脑部。光纤顶端1制作成斜面，用于集中刺激光。

光纤中部6进行弯曲，以适应动物体型，便于佩戴。光纤尾端7通过削尖处理，制成锥形光纤。