一種設有多個金屬鍍層的導電光纖生物電極的制作方法
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種導電光纖，確切的說是一種在單根光纖上設置多個導電鍍層的導電光纖，可用于神經學提供導電導光功能。
【背景技術】
[0002]光纖是一種導體，其主要功能是導光，也就是將光信號傳輸到所需的位置。光纖傳輸的距離不僅遠，而且還同時具有一定的可集成性能，在光子生物學中得到越來越多的應用。最近幾年，人們開始使用光纖傳導激光脈沖，觸發(fā)各類神經組織產生神經反應。其原理主要是利用光物理和光化學等作用引起神經細胞膜的特定變化，從而開啟細胞膜離子通道，引發(fā)神經反應。利用激光觸發(fā)神經反應的研究剛剛起步，還處于研究階段，具有很好的應用前景。因此得到了人們越來越多的重視。
[0003]相對于激光觸發(fā)神經，電流觸發(fā)神經的研究比較成熟，部分研究成果已經成功應用到臨床醫(yī)學中。比如，目前臨床上植入的人工耳蝸，就是利用在耳蝸中植入導電電極，利用電流脈沖刺激耳蝸內的螺旋神經節(jié)細胞產生聽覺。另外，利用電刺激治療，在醫(yī)學上也得到臨床使用。
[0004]電流觸發(fā)和激光觸發(fā)兩種方案分別具有各自不同的優(yōu)點和缺點。比如，電流觸發(fā)的研究比較成熟，觸發(fā)機理明確，可以有效控制。但是在介質中電流具有不可避免的擴散特性，從而限制了電流觸發(fā)的分辨率。激光具有很好的方向性，介質中擴散效應較小，能精確聚焦，具有較高的分辨率。但兩者觸發(fā)的機理不同。比如在耳蝸內，電流觸發(fā)的是螺旋神經節(jié)細胞，而激光觸發(fā)的是耳蝸內殘留的具有聽覺功能的部分毛細胞。因此開發(fā)一種既能用電流觸發(fā)，又能用激光觸發(fā)的裝置，有助于人們綜合利用兩者觸發(fā)優(yōu)勢獲得更有效的神經觸發(fā)。因此急需一種既能導電，又能導光的裝置，特別是在單根光纖制備正極和負極兩個電極。
[0005]目前在光纖外皮層鍍膜工藝中，一般采用濺射鍍膜法、物理氣象沉積法、化學電鍍法、靜電紡絲法鍍膜法等在光纖表面鍍一層金屬或介電薄膜，以獲得導電性。這些方法雖然可以制備良好導電、導光特性的光纖，但是工藝復雜，生產環(huán)節(jié)較多，對實驗設備的要求較高，而且其中的部分方法比如化學電鍍法等還會產生較多的化學廢液。現(xiàn)有導電光纖的制備方法主要是物理方法，目前與本實用新型最接近的現(xiàn)有技術有方案有三種。
[0006]第一種是一種透明導電光纖及其制備方法，中國專利公開號CN103646720A，公開了一種透明導電光纖及其制備方法。該透明光纖包括裸光纖及包裹在其外側皮層的透明導電氧化物納米纖維膜組成。導電氧化物的成分為Sn02、Cd0、Zn0、Ga203、Cu20或SrTi04中的任意一種。該發(fā)明給出了兼具透明、導電和導光三重特征的光纖，在光催化和傳感領域具有潛在應用。
[0007]第二種是中國專利公開號CN103014649A，公開了一種光纖鍍膜工藝，該發(fā)明通過采用成本低廉的硅材質固定板實現(xiàn)對光纖的夾持，并使用錫箔或鋁箔對光纖上不需要鍍膜的區(qū)域進行保護，使得原本非光纖鍍膜用的普通光學鍍膜機可以用作為光纖鍍膜，價格低廉可重復使用，操作簡單、易行。
[0008]第三種是中國專利號201410834086.6，一種導電、導光的人工耳蝸電極及其制備技術。該發(fā)明主要是在光纖外表面上涂覆一定厚度的納米銀漿，在500度左右的烤爐中燒結成導電涂層的方法。該方法不需要真空設備，無污染，性能可靠，適合制備不同長度的導電光纖。
[0009]上述三種方案都可以在光纖上制備導電薄膜，其不足之處在于這些方案制備的導電薄膜都是均勻的涂覆在光纖外表面卻不能導通。也就是說，如果想實現(xiàn)導電功能，往往還需要另外再配一根電極實現(xiàn)電流回路。如增加另外一個電極會引起較大的電流擴散，空間分辨率也會受到一定限制。而在單根光纖表面上制備兩個獨立的電極，則兩者就可以構成電流回路，對神經組織進行較高分辨的電流觸發(fā)。

【發(fā)明內容】

[0010]因此，人們對設有多個金屬鍍層的導光光纖存在極大的需求，目前為止，還沒有發(fā)現(xiàn)關于本實用新型的有關報道，本發(fā)明人經過反復的研究、試驗，終于成功的研制出設有多個金屬電極的導電光纖，從而完成了本發(fā)明。
[0011]本實用新型的目的就是提供了一種在光纖表面上分別制備兩個或多個獨立導電電極的制備方法，使單根光纖既具備激光觸發(fā)功能，又具備電流觸發(fā)功能，為生物學、神經科學研究和未來臨床應用提供更大便利。
[0012]本實用新型的方案是由纖芯、包層、金屬鍍層及絕緣層組成，其結構特點是在纖芯的外側設有包層，包層的左右側設有左右兩個金屬鍍層，金屬鍍層的外側設有絕緣層。
[0013]本實用新型采用真空鍍膜技術，在單根光纖上通過兩次金屬鍍膜在光纖上先后制備兩個導電金屬電極，工藝制作簡單，性能可靠，既能導電又能導光，兼具電流觸發(fā)和激光觸發(fā)的雙重功能，還可根據需要在單根光纖上制備多個金屬鍍層，供基礎醫(yī)學研究和臨床研究使用。
[0014]下面結合附圖作進一步詳細說明。
【附圖說明】
[0015]圖I為導電光纖排列鍍膜示意圖；
[0016]圖2為導電光纖第一次噴鍍示意圖；
[0017]圖3為導電光纖縱向觀察示意圖；
[0018]圖4為導電光纖的橫截面結構示意圖。
【具體實施方式】
[0019]圖1-2中示出的光纖I排列固定在硅片或玻璃載玻片2上，光纖下側的金屬蒸汽束由下向上噴射在光纖的下側面，獲得金屬鍍層3。
[0020]圖3-4中示出的纖芯4的外側設有包層5，包層的左右兩側分別噴涂有左右兩個金屬鍍層3，金屬鍍層的外側噴涂有硅膠絕緣層6。
[0021]本實用新型利用真空鍍膜技術在光纖外表面上分別制備兩條厚度和寬度可控的金屬鍍膜。能與神經組織一起構成回路，起到電流刺激神經反應的作用，其制備方法步驟如下：
[0022]I、光纖表層的處理
[0023]用光纖鉗去除光纖的原始護套和涂覆層，保留纖芯和包層，然后將光纖浸泡在濃度為40%的NaOH溶液中10-15分鐘，去除光纖表面殘留的雜質，再用去離子水洗滌光纖后，將光纖在溫控干燥箱中100 °C干燥5-20分鐘。最后使用濃度為1%的氨基硅烷KH-550溶液浸泡光纖20-30分鐘，在恒溫箱中100 °(3干燥處理5-20分鐘后備用；
[0024]2、光纖的排列固定
[0025]借助顯微鏡觀察，將數根表面清洗過的待鍍膜光纖，按照光纖的半徑設定間距，依次排列在硅片上或者玻璃載玻片上，(即當光纖的半徑為250微米時，將光纖之間的間距設置為250微米，同時將夾持光纖的硅片或玻璃載玻片相對水平面的傾斜設置為80度角，則在光纖前表面上獲得80微米寬的導電涂層）。再將光纖的兩端用兩塊硅片或玻璃載玻片分別夾持固定；
[0026]3、第一次鍍膜：
[0027]將上述排列好的光纖放置在真空鍍膜室內抽真空，抽取真空后，再采用真空熱鍍或磁控濺射方法，由下向上噴射金屬蒸汽束，利用光纖自身可以有效阻擋金屬蒸汽，在面對蒸汽源的光纖前表面上獲得金屬鍍膜導電層，而被光纖前表面遮擋的后表面則沒有鍍膜。鍍膜時，調整硅片或載玻片的傾角，能有效控制金屬鍍膜寬度?？刂棋兡r間，可以有效控制鍍膜厚度。通過該方法，可以在光纖一側獲得18-25微米厚度的金屬導電鍍膜，即為在光纖側面上的導電電極。鍍膜時間根據鍍膜厚度的要求可以預先設定為5-30分鐘
[0028]4、第二次鍍膜：
[0029]繞光纖軸線，將上述一側鍍膜后的光纖分別旋轉180度，按照第2步的方法重新排列在硅片或者載玻片上。這樣，就將另一側需要鍍膜的光纖表面暴露出來。然后置入真空室，采取第3步的鍍膜方法，在光纖表面獲得另一條金屬導電鍍膜；
[0030]5、絕緣涂層，采用上述噴鍍步驟，最后在光纖側面及圓周上涂覆一層硅膠，起到絕緣作用，以提升光纖的生物相容性能。
[0031]所述的金屬蒸汽束，是指在真空鍍膜的系統(tǒng)工藝中，通過熱蒸發(fā)或磁控濺射技術產生的金屬原子的蒸汽。該蒸汽離開噴嘴后，呈束狀向上方噴射，遇到光纖，則沉積在光纖表面，形成金屬鍍膜層。
[0032]所述的玻璃載玻片是指表面非常水平的玻璃片，一般用于光學顯微鏡中使用，本實用新型中用于光纖的鍍膜排列。
【主權項】
1.一種設有多個金屬鍍層的導電光纖生物電極，由纖芯、包層、金屬鍍層及絕緣層組成，其特征在于:纖芯(4)的外側設有包層(5)，包層的左右兩側設有左右兩個金屬鍍層(3)，金屬鍍層的外側設有絕緣層(6)。2.根據權利要求I所述的設有多個金屬鍍層的導電光纖生物電極，其特征在于:所述光纖的半徑設定間距，為當光纖的半徑為250微米時，將光纖之間的間距設置為250微米，同時將夾持光纖的硅片或玻璃載玻片相對水平面的傾斜設置為80度角，則在光纖前表面上獲得80微米寬的導電涂層。3.根據權利要求I所述的設有多個金屬鍍層的導電光纖生物電極，其特征在于:調整硅片或載玻片的傾角，能有效控制金屬鍍膜寬度，控制鍍膜時間，能有效控制鍍膜厚度，能在光纖一側獲得18-25微米厚度的金屬導電鍍膜，即為在光纖側面上的導電電極。
【專利摘要】本實用新型公開了一種設有多個金屬鍍層的導電光纖生物電極，它是在纖芯的外側設有包層，包層的左右側設有左右兩個金屬鍍層，金屬鍍層的外側設有絕緣層。本實用新型采用真空鍍膜技術，在單根光纖上通過兩次金屬鍍膜在光纖上先后制備兩個導電金屬電極，工藝制作簡單，性能可靠，既能導電又能導光，兼具電流觸發(fā)和激光觸發(fā)的雙重功能，還可根據需要在單根光纖上制備多個金屬鍍層，供臨床研究使用。
【IPC分類】A61F11/04, A61F2/18, G02B6/02
【公開號】CN205144864
【申請?zhí)枴緾N201520898077
【發(fā)明人】楊青山, 童燕, 王秋玲, 張開銀, 趙書濤, 李季
【申請人】張開銀
【公開日】2016年4月13日
【申請日】2015年11月12日