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植入式生物医疗光电子器件

[导读]植入式电子信息设备已成为生物科学研究及医疗临床应用不可缺少的工具。以植入式光电子器件与系统 为主题,介绍了面向生物医疗的各种植入式无源器件和有源器件的材料制备、工艺集成和可植入化策略,分类介绍了植入式光电子器件的能量信息传输方式;并从生物医学的研究和应用入手,介绍了具有代表性的植入式光电子系统。

植入式电子设备基于各种不同的原理方法,其中光学方法对生物组织的副作用小,与电离辐射等方法相比,仪器成本相对较低。使用光信号可以进行高灵敏度的测量,并且测得的输出信号强度与所测生理信号强度成比例。另外,生物医疗研究的核心目标之一是根据细胞活动过程来解释有机生命体的行为,而使用光信号可以对细胞或细胞群体进行特异性的定位和刺激,同时探索其时间动力,从而揭示细胞的生理过程。早期的光学方法使用大型的光源和光检测设备,如激光器或大面积光源、光电倍增管或大体积电荷耦合器件( CCD ) 。


这些大型设备虽然精密且灵敏,但无法进行长期的连续的研究和应用。另一方面,为了实现实时诊断、感测及向深层组织的长期光传输 ,光学电子设备越来越多地被设计为可植入的形式,由此带来的挑战便是要消除柔软、曲线、不断发展的生物体组织与刚性、平面、物理静态的现代电子设备之间的严重的不匹配,以及解决生物相容性的问题。近年来,新材料(如二 维 材 料),微 型 化 制 造 方 法 如 微 机 电 系 统( MEMS )技术,以及生物封装技术等的发展使这些问题逐渐得到解决,植入式光电子设备被设计为各种体积小、集成度高、生物相容性好的创新结构。同时,基础生物医疗方法的进步也推动着植入式光电子设备的发展,如生物荧光技术、光遗传学技术。


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