基于微纳光电子器件的植入式荧光计研究

基本信息
批准号:61874064
项目类别:面上项目
资助金额:63.00
负责人:盛兴
学科分类:
依托单位:清华大学
批准年份:2018
结题年份:2022
起止时间:2019-01-01 - 2022-12-31
项目状态: 已结题
项目参与者:丁贺,刘长波,蔡雪,张开元,李丽珠,赵钰
关键词:
发光二极管柔性有机/无机杂化光电子器件柔性探测器件植入式光电子器件荧光蛋白
结项摘要

An implantable fluorometer, which dynamically monitors biological activities by detecting the fluorescence change inside the body, shows promise in various biomedical applications, especially in the area of neuronal signal detection. Compared to its waveguide-coupled counterparts, a fluorometer based on implantable microscale optoelectronic devices is more advantageous due to its small footprint, low power consumption, high spatial resolution and wireless operation. The proposed work is focused on the development of an implantable fluorometer based on thin-film microscale InGaN LEDs and InGaP photodetectors, aiming to achieve highly sensitive fluorescence signal detection of the neuronal indicator GCaMP in multiple regions in the deep brain tissue of living animals. By investigating light and tissue interactions, we will try to understand the process of light propagation, absorption and emission inside mammalian brain tissues, and establish mathematical optical models for the device design. Specific optical structures will be simulated and implemented onto LEDs and photodetectors, optimizing the detection sensitivity of fluorescence signals. Advanced manufacturing methods including epitaxial liftoff and transfer printing will be explored to fabricate thin-film, mechanically stacked microscale LEDs and detectors, assembling the device array onto flexible and injectable substrates. In addition, we plan to integrate the devices with miniaturized circuits, which control and read out signals wirelessly. Furthermore, the device lifetime, toxicity, operation temperature, signal stability will be investigated in simulated biological fluids as well as inside the brain of freely moving animals. The proposed research will utilize the fundamental light-matter interaction in biological systems for the development of advanced optical neural interfaces that realize highly sensitive neural activity readout in vivo.

植入式的荧光计通过检测荧光物质发光变化来探测生物活动,在生物医疗领域特别是神经信号活动监测方面有着广泛的应用前景。与光波导耦合的荧光计相比,运用微型光电子器件集成的荧光计直接把器件植入生物体内,具有尺寸小、能耗低、无线便携、适合多点检测等特点。本项目拟从探索光与生物组织相互作用入手,理解光信号在生物脑内的传播过程,并以此为基础设计开发基于微型薄膜式InGaN LED和InGaP光电探测器的植入式荧光计;通过设计堆叠器件的光学结构,优化荧光计对神经荧光蛋白的探测灵敏度;开发薄膜光电器件的剥离和转移技术,实现器件阵列在柔性植入式基底上的集成;设计小型无线控制电路进行光电信号的采集;最终实现在活体动物深层脑组织内多区域的荧光信号高灵敏探测。本项目的开展,对深入理解光电器件与生物组织的相互作用,用光电信号实现生物神经活动的监测,开发新型的生物医疗器件,都具有重要的指导意义。

项目摘要

植入式的荧光计通过检测荧光物质发光变化来探测生物活动,在生物医疗领域特别是神经信号活动监测方面有着广泛的应用前景。与光波导耦合的荧光计相比,运用微型光电子器件集成的荧光计直接把器件植入生物体内,具有尺寸小、能耗低、无线便携、适合多点检测等特点。本项目从探索光与生物组织相互作用入手,理解光信号在生物脑内的传播过程,并以此为基础设计开发了基于微型薄膜式InGaN LED和InGaP光电探测器的植入式荧光计;通过设计器件的光学结构,优化荧光计对神经荧光蛋白的探测灵敏度;开发薄膜光电器件的剥离和转移技术,实现器件阵列在柔性植入式基底上的集成;设计小型无线控制电路进行光电信号的采集;最终实现在活体动物深层脑组织内不同脑区进行钙荧光信号和多巴胺信号的无线高灵敏探测。本项目的开展,对深入理解光电器件与生物组织的相互作用,用光电信号实现生物神经活动的监测,开发新型的生物医疗器件,都具有重要的指导意义。

项目成果
{{index+1}}

{{i.achievement_title}}

{{i.achievement_title}}

DOI:{{i.doi}}
发表时间:{{i.publish_year}}

暂无此项成果

数据更新时间:2023-05-31

其他相关文献

1

面向云工作流安全的任务调度方法

面向云工作流安全的任务调度方法

DOI:10.7544/issn1000-1239.2018.20170425
发表时间:2018
2

F_q上一类周期为2p~2的四元广义分圆序列的线性复杂度

F_q上一类周期为2p~2的四元广义分圆序列的线性复杂度

DOI:10.11999/JEIT210095
发表时间:2021
3

丙二醛氧化修饰对白鲢肌原纤维蛋白结构性质的影响

丙二醛氧化修饰对白鲢肌原纤维蛋白结构性质的影响

DOI:10.7506/spkx1002-6630-20190411-143
发表时间:2020
4

PI3K-AKT-mTOR通路对骨肉瘤细胞顺铂耐药性的影响及其机制

PI3K-AKT-mTOR通路对骨肉瘤细胞顺铂耐药性的影响及其机制

DOI:
发表时间:2021
5

TGF-β1-Smad2/3信号转导通路在百草枯中毒致肺纤维化中的作用

TGF-β1-Smad2/3信号转导通路在百草枯中毒致肺纤维化中的作用

DOI:10.13692/ j.cnki.gywsy z yb.2016.03.002
发表时间:2016

盛兴的其他基金

批准号:51602172
批准年份:2016
资助金额:20.00
项目类别:青年科学基金项目

相似国自然基金

1

微纳光电子器件功能集成和微细加工技术研究

批准号:90401008
批准年份:2004
负责人:李宝军
学科分类:F0502
资助金额:24.00
项目类别:重大研究计划
2

微纳阵列复合表面结构的制备及其在光电子器件中应用研究

批准号:61805179
批准年份:2018
负责人:方朝龙
学科分类:F0513
资助金额:26.00
项目类别:青年科学基金项目
3

植入式器件新型可控降解技术研究

批准号:61804116
批准年份:2018
负责人:刘琛
学科分类:F0404
资助金额:24.00
项目类别:青年科学基金项目
4

基于金属微纳结构的量子通信器件研究

批准号:61571060
批准年份:2015
负责人:焦荣珍
学科分类:F0110
资助金额:64.00
项目类别:面上项目