GaN LED和CMOS传感器的光遗传学

GaN LED和CMOS传感器的光遗传学

利用470 nm LED和硅像素阵列的老鼠大脑成像

日本奈良科学技术学院的研究人员声称，他们已经建立了首个集成的光学神经刺激和集成了LED和CMOS图像传感器的观测器件。这个器件可以帮助光遗传学领域的研究人员，其中包括利用光来改变细胞的行为。

用一个雪崩光电二极管阵列，而不是CMOS传感器，有可能建立一个类似的系统，这是英国斯特拉斯克莱德大学的工程师所采用的一个方法。根据奈良科学技术学院的Takashi Tokuda的说法，雪崩光电二极管阵列的优势之一是它可以提供高速检测，这对时间分辨（time-resolved）荧光测量是必不可少的。但是，他补充说，这种类型的探测器不适合生物细胞和组织的片上成像，因为每个光电二极管的尺寸为10 µm级。

“传统的CMOS图像传感器的分辨率可以小到1-2 µm，”Tokuda说。他承认，他和他的同事们仍然在努力将其像素缩小到这样的小尺寸。

该小组通过倒装芯片将一个蓝宝石上LED阵列键合在CMOS图像传感器上而建立了其神经接口器件。由于在蓝宝石和LED氮化物层的可见光吸收水平非常低，它可以将样本，如脑的切片放在衬底的背面。通过结合一个470 nm的LED阵列与一个128×268的探测器像素，即可形成神经接口器件，每个为15 µm×7.5 µm。这已被用于拍摄老鼠的大脑切片的图像。

Tokuda承认，这项工作还处于起步阶段，在他和他的同事们开始获得高质量的图像之前，还有很多工作要做。为了实现这样的图像，需要用一个片上滤波器区分来是自荧光的发光，还是来自激励源散射的发光。此外，探测器的灵敏度必须加以改善，以便它可以测量非常小的强度变化，而且仪器需要提供更高的空间分辨率，这将需要削减像素大小和细胞与目标之间的距离。

Tokuda和他的同事们将尝试解决这许多问题。它们未来的目标包括缩小LED的尺寸和改善图像性能。

T. Tokuda et al. Electronics Lett. 48 312 (2012)