Design of New Optogenetic Sinusoidal Probe:Optical and Mechanical Simulation

论文摘要

经过数年对神经电极微尺寸技术的研究,研究人员期望获得对神经组织更小的侵入性伤害,但是现在微尺寸技术对降低植入‘损伤的性能改善已经触及了机械损伤的极限。最近一些新的电极形状设计（正弦型形状）为减小电极植入的侵入性伤害、提高电极记录性能开辟了新的可能性。本文旨在继续探索这种新的电极设计方法,并使其适应最新的神经组织刺激技术:光遗传学技术。本文的目标是找到导光性能良好的柔性形状。首先开展设计可行性研究:形状、材料和制作工艺。在形状和制作工艺层面主要遵循已经发表的有关正弦型电极的结论。这部分还要求必须为光学导向器找到具有良好柔韧性、生物相容性和适宜折射率的芯/包层材料。出于以上考虑,研究中放弃了将Parylene-C/Parylene-N组合作为芯/包层材料的选择。其次,使用两种不同的方法进行光学仿真:光束和光线追踪方法。结果显示了不同的形状参数对光传导的影响。由此,选择了若干组光传导性能较好的形状设计。最后,将在光学仿真软件中找到的各种形状进行力学仿真,得到表征其柔韧性的数据,将其与正弦型电极的侵入性数据进行比较。由于研究中保持了与正弦型电极相同的全局性设计,可以得出新设计电极的侵入性伤害的结论。本文最后得出了一组光学正弦型电极的形状参数、机械和光学特征,理论上可以在改善长期植入电极的植入损伤与记录性能。

论文目录

• 中文摘要
• English abstract
• Chapter 1 Introduction
• Chapter 2 State of arts
•   2.1 Study of Sinusoidal electro probe
•     2.1.1 Design reviews
•     2.1.2 Result reviews
•     2.1.3 Conclusion
•   2.2 Optogenetic
•     2.2.1 Interaction methods
•     2.2.2 Architecture system
•     2.2.3 Conclusion
•   2.3 Optic-guide
•     2.3.1 Principal
•     2.3.2 Overview of optogenetics used
•     2.3.3 Conclusion
•   2.4 Overviews
• Chapter 3 Design proposal
•   3.1 Design Shape
•     3.1.1 Overview design
•     3.1.2 Optic guide shape:analytic verification
•   3.2 Couple of Parylene-C/Core
•     3.2.1 Optic core materials
•     3.2.2 New optic guide material:Parylene N ,D or F
•   3.3 Manufacturing process
•   3.4 Feasibility conclusion
• Chapter 4 Optic Simulation : BEAM method
•   4.1 Theoric aspect of BEAM method
•     4.1.1 Electromagnetic Theory of Light
•     4.1.2 Propagation BEAM method principal
•     4.1.3 Limit of the method
•     4.1.4 MATLAB BeamLab package presentation
•   4.2 Optogenetic Sinusoidal Probes Simulations:BeamLab
•     4.2.1 Impacting Parameters
•     4.2.2 Experimental plans
•   4.3 Optic-fiber design solutions
•     4.3.1 Best Efficiency Solution
•     4.3.2 Maximising Amplitude Solution
•     4.3.3 Minimising Period Solution
•   4.4 Beam method simulation conclusion
• Chapter 5 Optic Simulation : Ray Tracing method
•   5.1 Theorical aspect of Ray Tracing method
•     5.1.1 Optic ray tracing method
•     5.1.2 Limit of the method
•     5.1.3 COMSOL Multiphysics: Ray Tracing Module
•   5.2 Ray tracing simulation:COMSOL
•     5.2.1 CAD probes
•     5.2.2 Simulation initialisation
•     5.2.3 Result simulations
•   5.3 Result analyse
•     5.3.1 Period
•     5.3.2 Amplitude
•     5.3.3 Optic Guide diameter
•     5.3.4 Fillet radius
•   5.4 Optic Simulation Conclusion
• Chapter 6 Mechanical Simulation : Statical analysis
•   6.1 ANSYS simulation Software
•   6.2 Initialisation of the simulation
•   6.3 Result analysis
•   6.4 Mechanical Conclusion
• Chapter 7 Conclusion
•   7.1 Discussion
•   7.2 Future proposal work
• Bibliography
• Appendix
• Acknowledgement

文章来源

类型: 硕士论文

作者: Bouget Maxime Yannick Joseph

导师: Zhang Wenguang

关键词: 神经探针,正弦形,光遗传学,光学模拟,机械模拟

来源: 上海交通大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅱ辑

专业: 物理学,仪器仪表工业

单位: 上海交通大学

分类号: TH776;O43

DOI: 10.27307/d.cnki.gsjtu.2019.003040

总页数: 107

文件大小: 7513K

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