基于光解笼锁的神经刺激系统研制及其实验研究

摘要

目前较成熟的神经细胞刺激方法有两种，一种是基于体外微电极阵列(MEA)电刺激技术，它具有两个明显的优点:第一点是它是表面接触式的，不会给细胞造成机械伤害;第二点是它的信号获取和刺激可以在不同位点上同时进行。然而，这种方法也有缺陷，它无法控制电刺激在介质中的传播，从而也就无法实现精确的刺激。另一种是光解笼锁技术，相比基于MEA的电刺激法，它最大的优势在于可以精确控制刺激区域和刺激时间。目前的光解笼锁技术主要是单点刺激，无法实现多模式刺激，在空间分辨率和时间分辨率上都还需提高。
　　基于此，本论文提出了一种基于光解笼锁的阵列式神经刺激系统，以弥补电刺激法刺激不可控与传统光刺激法刺激模式单一的缺点。本论文首先介绍研究背景和国内外研究现状，目前在多模式光刺激系统这一块国内外还处于空白状态。其次进行阵列式光学神经刺激系统核心器件的选择，通过对比振镜与微透镜器件(DMD)的优缺点，选择DMD作为本系统核心控制器件。然后阐述阵列式光解笼锁神经刺激系统的设计与实现，运用ZEMAX软件仿真微光源聚焦光路系统，完成聚焦系统设计。接着完成多模式刺激的设计与实现，通过刺激系统可以得到任意的光斑刺激模式。最后，运用本系统进行光解笼锁预实验，初步研究了笼锁谷氨酸的重要影响因素，为下一步神经细胞刺激实验打好基础。
　　本论文完成了一个可以实现多种刺激模式的阵列式神经刺激系统，填补了国内外在光解笼锁研究领域中的空白。通过本系统可以得到一个4×4光斑阵列，利用DMD可以实现光斑阵列内的任意刺激模式，实现对神经细胞的多模式刺激，从而为今后神经细胞网络中细胞间信息传递机制的研究打下良好的基础。

目录

声明

致谢

摘要

1 绪论

1．1 研究背景

1．2 研究可行性分析

1．2．1 国外研究现状

1．2．2 笼锁化合物

1．2．3 光学系统

1．3 光刺激系统设计需求分析

1．3．1 时间分辨率需求分析

1．3．2 空间分辨率需求分析

1．3．3 多模式刺激需求分析

1．4 本论文研究内容和总体结构

2 阵列式光学神经刺激系统核心器件选择

2．1 基于振镜的光学神经刺激系统

2．1．1 振镜特点

2．1．2 振镜工作原理

2．1．3 振镜的优缺点

2．2 基于DMD的光学神经刺激系统

2．2．1 DLP技术简介

2．2．2 DMD的原理

2．2．3 DMD的优缺点

2．3 本章小结

3 阵列式光解笼锁神经刺激系统设计与实现

3．1 神经刺激系统设计方案

3．2 阵列式微光源设计

3．2．1 DMD选型

3．2．2 激光器选型

3．2．3 光纤分束器设计

3．3 微光源聚焦光路系统设计

3．3．1 ZEMAX简介

3．3．2 透镜选型

3．3．3 ZEMAX仿真

3．3．4 透镜组聚焦实验

3．4 本章小结

4 光学系统测试与光解笼锁预实验研究

4．1 系统原型

4．2 光纤发散角测定

4．3 光斑阵列测定

4．3．1 光纤分束器出射端封装测定与分析

4．3．2 光斑阵列测定与分析

4．4 多模式刺激的实现

4．4．1 刺激模式设计

4．4．2 刺激模式实现结果与分析

4．5 光解笼锁预实验研究

4．5．1 实验设计

4．5．2 结果分析

4．6 本章小结

5 总结和展望

5．1 总结

5．2 展望

参考文献

作者简历