Parylene Photonics使光学生物界面能够

对光学系统的需求不断增长和不达到生物医学应用．需要微型和灵活的光学工具，以实现可靠的流动和按需成像和操纵体内的生物事件。集成光子技术主要是围绕光通信器件的开发而发展起来的。硅的出现光子学是将光学功能引入小尺寸芯片的一个转折点。

在过去几十年来，这一野外的研究蓬勃发展。然而，硅是一种危险的刚性材料，用于与软柔软相互作用组织在生物医学应用中。这增加了患者接受组织损伤和瘢痕的风险，特别是由于软组织对由呼吸和其他过程引起的可粘附装置的起伏。

Chamanzar是一位电气和计算机工程助理教授（ECE）和生物医学工程，掌握了对生物界面定制的光学平台的压力，具有光学能力和灵活性。他的解决方案，Parylene Photonics，是第一个生物相容性和完全灵活的集成光子平台。

为了创建这种新的光子材料类，Chamanzar的实验室通过制造硅氧烷（PDMS），通过具有低折射率的有机聚合物，聚对二甲苯C的核心，具有更高折射率的聚合物来设计Ulthatpact光波导。折射率的对比度允许波导有效地管道，而材料本身仍然非常柔软。结果是一个灵活的平台，可以在广谱的光谱上运行，并且仅为10微米厚 - 大约1/10的人发的厚度。“当我注意到这种聚合物是光学透明的，我们使用聚酰甲苯C作为用于电气植入装置的生物相容性绝缘涂层。我对其光学性质变得好奇，并进行了一些基本测量，”Chamanzar说。“我发现聚对聚丙烯C具有出色的光学性质。这是对Parylene Photonics作为新的研究方向的思考的开始。”

查曼扎尔的设计是由神经刺激记住，允许有针对性的刺激和监控大脑中的特定神经元。关键在于制造出45度的嵌入式微镜。虽然之前的光学生物界面已经刺激了一大片无法测量的脑组织，但这些微镜在被刺激的体积和被记录的体积之间创造了紧密的重叠。这些微镜还可以将外部光源与帕利尼波导集成在一起。

参与该项目的欧洲经委会校友Maya Lassiter说:“光学包装是一个需要解决的有趣问题，因为最好的解决方案需要是实用的。我们能够使用可访问的封装方法将我们的Parylene光子波导与离散光源封装，以实现紧凑设备．"

帕利尼光子学的应用范围远远超出了光学神经刺激，并可能有一天在光学生物界面的几乎所有领域取代目前的技术。这些微小的柔韧光学设备可以插入组织进行短期成像或操作。它们也可以作为永久性的植入装置，用于长期监测和治疗干预。

成像显示光学刺激区域。

资料来源：卡内基梅隆大学工程学院

此外，Chamanzar和他的团队正在考虑可能的用途穿戴．放置在皮肤上的帕利尼光子装置可以用于符合身体的困难区域，并测量脉搏率、氧饱和度、血流、癌症生物标志物和其他生物特征。随着光学疗法的进一步探索，如激光治疗癌症细胞，更多功能的光学生物界面的应用只会继续增长。“Parylene C和PDMS之间的高折射率对比可以降低弯曲损耗，”欧洲ECE博士候选人Jay Reddy说，他一直在研究这个项目。“这些设备保持了90%的效率，因为它们被紧紧地弯曲到近半毫米的半径，与耳蜗和神经束等解剖特征紧密一致。”

Parylene Photonics的另一个非常规可能性实际上是在通信链路中，带来了Chamanzar的整个追求全圈。电流芯片到芯片互连通常使用相当不灵活的光纤，以及需要灵活性的任何区域需要将信号转移到电域，这显着限制带宽。然而，柔性聚偶烯光子电缆提供了有希望的高带宽解决方案，可以替换两种类型的光学互连，并实现光学互连设计的进步。“到目前为止，我们已经证明了具有嵌入式微镜的低损耗，完全柔性的聚偶烯光子波导，其使得在宽范围的光波长上能够在宽范围内耦合，”Chamanzar说。““在未来，在该平台中也可以在该平台中实现其他光学装置，例如微谐振器和干涉仪，以实现新应用的整个色域。”

随着Chamanzar最近的出版物标志着parlene光子学的首次亮相，我们不可能说这种技术的影响能达到多远。然而，这项工作的意义更有可能标志着光学生物界面发展的新篇章，类似于硅光子学在光通信和处理中的应用。

这项研究发表在《自然微系统与纳米工程》杂志上。