一種無線程控光刺激裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及一種光刺激系統(tǒng)，特別是一種無線程控光刺激裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]光遺傳學神經(jīng)調(diào)控技術(shù)具有高特異性和高時空分辨率等優(yōu)點，該技術(shù)所用到的傳統(tǒng)光刺激器多是基于固定波長的激光器，再通過光纖將光傳遞到光感基因腦區(qū)的神經(jīng)刺激靶點。激光器本身價格昂貴且體積大，這使得系統(tǒng)集成度不高，光纖的有線傳導方式限制了活體動物的在體神經(jīng)調(diào)控。解決動物在體神經(jīng)調(diào)控的一個辦法就是提供輕負荷的無線光刺激系統(tǒng)。
[0003]目前的無線光刺激系統(tǒng)一般包括上位機、無線通信模塊、刺激控制模塊、發(fā)光模塊，光纖耦合模塊以及光纖。用LED和光纖耦合代替了激光光源，如專利CN201210166377.5一種背包式無線光刺激裝置及其方法，以及專利CN201310030139.6針對動物的無線遙控光刺激系統(tǒng)，上位機的指令通過無線方式發(fā)送，刺激控制模塊無線接收到指令后，根據(jù)指令控制調(diào)整發(fā)光模塊的LED發(fā)光，LED發(fā)出的光經(jīng)過光纖耦合模塊到達光纖管，然后沿光纖到達刺激靶點。這種光源方案雖然用LED擺脫了激光器的束縛，但需要光纖耦合部件和較短的可植入光纖，才能將LED發(fā)出的光導入到腦區(qū)。但光纖耦合部件的設(shè)計加工復雜而且存在光功率衰減，刺激器效率不高。再者一根光纖只能刺激一個靶點，不能實現(xiàn)不同深度多點刺激。
【實用新型內(nèi)容】
[0004]針對上述技術(shù)問題，本實用新型公開了一種無線程控光刺激裝置，采用FPC技術(shù)設(shè)計制作的可植入腦區(qū)的神經(jīng)刺激光極，并配合焊接在光極尖端若干個微型LED實現(xiàn)多點光刺激，本實用新型的裝置用于研究光遺傳學神經(jīng)調(diào)控技術(shù)的小動物身上，取消了光纖模塊從而解決了刺激過程中光功率衰退、刺激效率不高的技術(shù)問題。
[0005]本實用新型還有一個目的在于，通過上位機無線發(fā)送模塊和光刺激器的無線接收模塊，實現(xiàn)無線程控調(diào)節(jié)刺激參數(shù)，具有多通道多點、微負荷、長時間在體刺激。
[0006]為了實現(xiàn)根據(jù)本實用新型的目的，提供了一種無線程控光刺激裝置，包括:
[0007]上位機；
[0008]無線發(fā)送模塊，其與所述上位機連接；
[0009]刺激器，其與所述無線發(fā)送模塊無線連接，且所述刺激器固定在目標動物身上；以及
[0010]光極，其包括基板、設(shè)置在所述基板一端的LED焊盤、設(shè)置在所述基板另一端的尾部接口，所述LED焊盤和所述尾部接口通過鋪設(shè)在所述基板上的導電銅線連接，所述LED焊盤上焊接有若干個亮度多階可調(diào)的LED，所述光極焊有LED的一端植入到所述目標動物體內(nèi)使得若干個所述LED到達目標光感腦區(qū)，所述光極另一端上的所述尾部接口暴露在所述目標動物的體外，所述尾部接口通過PFC接插件與所述刺激器導線連接。
[0011]優(yōu)選的，所述無線發(fā)送模塊中設(shè)置有串口轉(zhuǎn)USB接口，所述無線發(fā)送模塊通過所述串口轉(zhuǎn)USB接口插接在所述上位機上。
[0012]優(yōu)選的，所述刺激器中集成有阻抗匹配電路、天線、控制器、LED驅(qū)動電路以及電源，所述刺激器通過背包固定在所述目標動物背上，所述刺激器的尺寸為20mmX 16mm。
[0013]優(yōu)選的，所述尾部接口上設(shè)置有若干個焊錫引腳，所述LED焊盤上設(shè)置有與所述焊錫引腳相同個數(shù)的LED焊接引腳，每一個所述焊錫引腳分別通過一根所述導電銅線與每一個所述LED焊接引腳連接。
[0014]優(yōu)選的，若干個所述LED焊接引腳中設(shè)置有一個正極端，其余若干個所述LED焊接引腳為負極端，若干個所述LED共正極焊接在所述LED焊接引腳上。
[0015]優(yōu)選的，若干個所述LED排布成目標陣列，所述目標陣列中的每一個LED布置在每一個所述目標光感腦區(qū)。
[0016]優(yōu)選的，所述尾部接口設(shè)置成插頭結(jié)構(gòu)，所述插頭結(jié)構(gòu)設(shè)置在所述目標動物的體夕卜，所述LED驅(qū)動電路的輸出端連接有引出導線，所述引出導線的另一端設(shè)置有所述FPC接插件，所述插頭結(jié)構(gòu)與所述FPC接插件插接。
[0017]優(yōu)選的，所述光極采用柔性電路板印制加工而成。
[0018]優(yōu)選的，所述光極表層通過真空氣相鍍膜方式鍍有一層parylene C。
[0019]優(yōu)選的，所述LED選用波長462nm的藍光微型LED。
[0020]本實用新型至少包括以下有益效果:
[0021]1、本實用新型可應用于自由活動小鼠等目標動物的在體神經(jīng)刺激研究中，目標動物的活動范圍不受設(shè)備的限制；
[0022]2、此外本實用新型具有很好的擴展性，可兼容用于腦深部、腦皮層、脊髓等處的光極，為光遺傳技術(shù)在行為學相關(guān)的神經(jīng)回路和疾病機理研究中提供一種有效的調(diào)控工具；
[0023]3、取消了傳統(tǒng)刺激系統(tǒng)中的光纖傳輸模塊，本實用新型直接采用LED植入到目標光感腦區(qū)，減小了光功率衰退，提高了刺激效率；
[0024]4、該裝置結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、效率高、易于產(chǎn)品化；
[0025]5、設(shè)置有若干個LED，并同時驅(qū)動，在目標光感腦區(qū)實現(xiàn)了多區(qū)域多點的光刺激。
[0026]本實用新型的其它優(yōu)點、目標和特征將部分通過下面的說明體現(xiàn)，部分還將通過對本實用新型的研究和實踐而為本領(lǐng)域的技術(shù)人員所理解。
【附圖說明】
[0027]圖1是本實用新型的無線程控光刺激裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0028]圖2是一種實施例中所述光極的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0029]圖3是另一種實施例中所述光極的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0030]下面結(jié)合附圖對本實用新型做進一步的詳細說明，以令本領(lǐng)域技術(shù)人員參照說明書文字能夠據(jù)以實施。
[0031]應當理解，本文所使用的諸如“具有”、“包含”以及“包括”術(shù)語并不配出一個或多個其它元件或其組合的存在或添加。
[0032]如圖1和2所示的是根據(jù)本實用新型的無線程控光刺激裝置的一種實現(xiàn)形式，其中包括:上位機1、無線發(fā)送模塊2、刺激器3以及光極4。
[0033]所述上位機1是運行在PC上的交互控制程序，是用戶控制調(diào)整刺激模式的操作界面，可對光刺激的頻率、占空比、幅度三個參數(shù)進行調(diào)節(jié)。
[0034]所述無線發(fā)送模塊2集成了無線接收阻抗匹配24和天線23、控制器22、電源25以及串口轉(zhuǎn)USB接口 21，無線發(fā)送模塊2通過串口轉(zhuǎn)USB接口 21實現(xiàn)和上位機1的通信，可將上位機1的交互指令數(shù)據(jù)包通過無線發(fā)送模塊2發(fā)送至所述刺激器3。
[0035]所述刺激器3集成了無線接收阻抗匹配33和天線34、控制器32、LED驅(qū)動電路31以及電源35。所述刺激器3固定在目標動物身上，本實施例中，目標動物選為小鼠，刺激器3通過背包固定在小鼠背上，當無線接收模塊2通過天線23將收到的上位機1的交互指令數(shù)據(jù)包之后，通過天線23無線發(fā)送出去，刺激器3中天線34接收所述交互指令數(shù)據(jù)包，將該數(shù)據(jù)包傳至控制器32中，控制器32中依據(jù)指令數(shù)據(jù)包內(nèi)容修改LED驅(qū)動電路31的參數(shù)設(shè)置，LED驅(qū)動電路31更新驅(qū)動模式。
[0036]所述光極4為神經(jīng)刺激光極，包括采用FPC技術(shù)制作的微型植入式基板42、設(shè)置在所述基板42 —端的LED焊盤43、設(shè)置在所述基板42另一端的尾部接口 41，微型植入式基板42上鋪有導電銅線44，所述LED焊盤43和所述尾部接口 41通過鋪設(shè)在所述基板42上的導電銅線44連接，所述LED焊盤43上焊接有若干個亮度多階可調(diào)的LED，本實用新型中，實現(xiàn)了刺激強度，即LED亮度多階可調(diào)，實現(xiàn)了光強度從1.5到4.5mff的調(diào)節(jié)，精度為
0.lmff,光刺激器強度多階精確可調(diào)，可以實現(xiàn)對神經(jīng)元不同強度的刺激，對于探索神經(jīng)元不同程度的激活有重要價值。
[0037]所述光極4焊有LED的一端植入到所述目標動物體內(nèi)使得若干個所述LED到達目標光感腦區(qū)，所述光極4另一端上的所述尾部接口 41暴露設(shè)置在所述目標動物的體外，所述尾部接口 41通過PFC接插件與所述刺激器3中的LED驅(qū)動電路31導線連接，從而實現(xiàn)了 LED驅(qū)動電路31與若干個所述LED的電連接，從而傳導刺激器3中驅(qū)動所述LED的電信號。將光極4植入到目標腦區(qū)后，LED可依據(jù)上位機1無線傳來的刺激參數(shù)閃爍，實現(xiàn)腦區(qū)光刺激。
[0038]本實用新型中刺激器3設(shè)置在小鼠身上，刺激器3與植入在小鼠腦內(nèi)的光極4導電連接，無線發(fā)送模塊2插設(shè)在上位機1上，無線發(fā)送模塊2與刺激器3無線連接，從而使得小鼠等目標動物的在體神經(jīng)刺激研究中可以自由移動，活動范圍不受設(shè)備的限制；同時，本實用新型具有很好的擴展性，刺激器3可兼容用于設(shè)置在腦深部、腦皮層、脊髓等處的光極，刺激器3跟任意一個本實用新型中的光極連接，即可實現(xiàn)對光極所處位置的光刺激，為光遺傳技術(shù)在行為學相關(guān)的神經(jīng)回路和疾病機理研究中提供一種有效的調(diào)控工具；作為技術(shù)改進點之一，本實用新型采用的是微型刺激器，刺激器整體電路板尺寸:20mmX16mm，重量3g，現(xiàn)有技術(shù)中采用的刺激器都沒這么小，導致限制了動物的行為能力，而本實用新型設(shè)置在動物身上的微型刺激器更加小巧、輕便，減輕動物負重比，避免因負重而影響動物行為學相關(guān)的實驗結(jié)果。
[0039]本實用新型中，刺激器和無線發(fā)送模塊的有效無線工作距離達到10m，現(xiàn)有的無線刺激器工作限制在無線供能場內(nèi)，范圍一般不超過一般lm，而本實用新型可以實現(xiàn)10m的工作距離，可以讓實驗動物實現(xiàn)長時、大范圍活動等，對于相關(guān)的行為學研究有實際意義。
[0040]本實用新型中，取消了傳統(tǒng)刺激系統(tǒng)中的光纖傳輸模塊，本實用新型直接采用LED植入到