Светлопольная микроскопия

Светлопольная микроскопия

    Светлопольная микроскопия основана на формировании изображения под воздействием пучка света. Особенно эффективно ее методы применяются для контроля структуры изучаемых объектов, содержащих в себе либо производящие тени элементы, либо элементы, которые имеют очень резко отличающийся от своего окружения коэффициент преломления.

    Метод светлого поля в отражённом свете применяется для изучения непрозрачных отражающих свет объектов (окрашенные шлифы металлов или руд, биологических тканей). Особенно эффективным применение данного метода может быть для контроля полупроводниковых пластин и фотошаблонов при проектировании и производстве различных изделий функциональной электроники, так как они содержат в своем составе элементы, имеющие очень резко отличающийся от своего окружения коэффициент преломления.

    Освещение объекта наблюдения производится строго сверху через объектив, являющийся в данном случае конденсором.

Изображение создается за счет того, что разные участки объекта наблюдения имеют разную отражающую способность, а отраженные лучи имеют различную интенсивность.

Микроскопы:

∙   МИКРО 200(Т)-01

∙   МА 300

∙   МИ-1(Т)

∙   МИ-2(Т)

 

   Метод светлого поля в проходящем свете является одним из самых широко применимых методов наблюдения в оптической микроскопии. Он идеально подходит для изучения прозрачных объектов, состоящих из элементов с разной оптической плотностью (тонкие окрашенные срезы животных и растительных тканей, тонкие шлифы минералов и т.д.). Особенно эффективно данный метод может применяться для обнаружения дефектов фотошаблонов, так как изображение получается очень контрастным из-за разной плотности элементов структуры и стеклянной подложки фотошаблона.

    Световой пучок, выходящий из осветителя микроскопа, проходит через образец и объектив и даёт вблизи фокальной плоскости окуляра равномерно освещенное поле.

    Элементы структуры образца частично поглощают и частично рассеивают падающий на них свет, в результате чего на светлом фоне формируется темное изображение. 

    Данный метод подходит также и для наблюдения неабсорбирующих (не поглощающих свет) объектов, но лишь в том случае, если они рассеивают световой пучок настолько сильно, что значительная часть его не попадает в объектив.

    Микроскопы:

∙   МИКРО 200Т-01

∙   МА 300

∙   МИ-1Т

∙   МИ-2Т

∙   Автоматизированный видеокомплекс для мониторинга живых клеток «Цитомир»

 

72503-18: СКС-Т1 Системы оптоэлектронные измерительные

Назначение

Системы оптоэлектронные измерительные «СКС-Т1» (далее — системы) предназначены для регистрации импульсов электрического напряжения и измерения коэффициента преобразования.

Описание

Принцип действия систем основан на пропорциональном аналого-цифровом преобразовании входных импульсов электрического напряжения в цифровой код с последующей обработкой, запоминанием и измерением их амплитудных значений с помощью поставляемого программного обеспечения, функционирующего под управлением персональной электронно-вычислительной машины (ПЭВМ).

Измеряемый системами коэффициент преобразования является амплитудной характеристикой импульсов электрического напряжения и представляет собой отношение амплитуды выходного импульса к амплитуде входного импульса.

Каждая система состоит из следующих частей: измерительного преобразующего блока (ИНЬ), симплексного одномодового волоконно-оптического кабеля (ВОК), приемнопередающего блока (ППЬ) и программно-математического обеспечения (ПО). Каждая система имеет восемь одинаковых измерительных каналов.

При работе исследуемый импульс электрического напряжения подается на один из входов измерительного преобразующего блока (ИНЬ), где после усиления и фильтрации осуществляется его аналого-цифровое линейное преобразование в оптический сигнал, который по симплексному одномодовому волоконно-оптическому кабелю (ВОК) передается к приемному передающему блоку (ППЬ), где обеспечивается обратное преобразование оптического сигнала в пропорциональный по амплитуде электрический. Использование волоконно-оптического кабеля позволяет полностью исключить помеховое влияние внешних электромагнитных полей на амплитуду и форму регистрируемых импульсов напряжения. Для регистрации сигналов с выхода ППЬ и определения их амплитудных значений, используется ПЭВМ с поставляемым в комплекте программно-математическим обеспечением.

В состав ИПЬ входят следующие узлы: управляемый усилитель с дифференциальным входом, аналого-цифровой преобразователь (АЦП), блок управления, двухканальный блок питания, медиа конвертер для преобразования электрического цифрового сигнала в оптический. При работе исследуемый аналоговый импульс напряжения поступает на дифференциальный вход усилителя с изменяемым коэффициентом передачи, использование дифференциального входа позволяет значительно уменьшить влияние синфазных помех на преобразуемый сигнал. После усиления и фильтрации аналоговый сигнал поступает на вход АЦП, который преобразует его в цифровой сигнал и передает его в блок управления. Использование встроенного в ИПЬ АЦП позволяет снизить погрешности преобразования сигнала и устранить влияние нестабильности коэффициента передачи оптического тракта. Ьлок управления ИПЬ осуществляет прием, преобразование и выполнение команд, поступающих от управляющей ПЭВМ по волоконно-оптическому кабелю — переключает поддиапазоны усилителя, управляет АЦП, управляет питанием ИНЬ. Обмен информацией между блоком управления и управляющей ПЭВМ осуществляется по протоколу TCP/IP при помощи интерфейса ETHERNET. Медиа конвертер осуществляет преобразование электрического сигнала в оптический. Электропитание всех цепей и узлов ИПЬ осуществляется от управляемого автономного двухканального блока питания, установленного внутри корпуса ИПЬ с использованием аккумуляторных литий-ионных батарей.

В состав ППЬ входит медиаконвертер. Оптический сигнал с волоконно-оптического кабеля поступает на вход медиаконвертера, в котором осуществляется преобразование оптического сигнала в электрический, который в виде импульсов напряжения поступает на вход ПЭВМ. Подключение медиаконвертера к ПЭВМ осуществляется через разъем типа RG 45.

В качестве волоконно-оптического кабеля использован симплексный одномодовый кабель с разъемами типа FC/SC на концах.

Общий вид системы представлен на рисунке 1.

Обозначение мест нанесения маркировки, знака поверки представлено на рисунке 2. Пломбирование составных частей системы не предусмотрено.

Программное обеспечение

Управление системами и обработка результатов измерений проводится с помощью специального программного обеспечения (ПО) «Система СКС».

Программа состоит из нескольких основных блоков: главный поток, потоки измерительных преобразователей и поток записи данных. При запуске программы выполняется инициализация, загрузка в менеджер проектов ранее проводимых испытаний и подготовка к подключению. Главный поток содержит обработчик команд, менеджер испытаний и блок настройки ИПБ.

Программное обеспечение размещается в энергонезависимой памяти ИПБ и его запись осуществляется в процессе производства. Операционная система, имеющая оболочку доступную пользователю, отсутствует. Программное обеспечение и его окружение являются неизменными, средства для программирования или изменения метрологически значимых функций отсутствуют.

Доступ пользователя к встроенному программному обеспечению исключен конструктивным исполнением прибора.

Установка обновленных версий ПО допускается только представителями предприятия — изготовителя с помощью специального оборудования.

Уровень защиты программного обеспечения «средний» в соответствии с Р 50.2.077-2014.

Таблица 1 — Идентификационные данные программного обеспечения «Система СКС»

Идентификационные данные (признаки)	Значение
Идентификационное наименование ПО	«Система СКС»
Номер версии (идентификационный номер) ПО, не ниже	1.0.17.52
Цифровой идентификатор ПО (контрольная сумма метрологически значимой части ПО)	C313D16E95CD2432787CC975C919BF7A
Алгоритм вычисления цифрового идентификатора ПО	md5

Технические характеристики

Таблица 2 — Метрологические характеристики

Наименование характеристики	Значение
Коэффициент преобразования, В В-1 —    первый диапазон —    второй диапазон	от 0,95 до 1,05 от 0,95 до 1,05
Пределы допускаемой относительной погрешности коэффициента преобразования (при максимальной амплитуде измеряемых импульсов напряжения), %	±5,0
Максимальное значение амплитуды измеряемых импульсов напряжения, В —    первый диапазон —    второй диапазон	±10 ±5
Время установления переходной характеристики, мс, не более	20
Примечание — Время установления переходной характеристики определяется как интервал с момента начала выходного импульса напряжения (уровень 0,1 от среднего значения амплитуды на фронте импульса) до момента установления выходного напряжения в пределах зоны, определяемой размахом колебаний на вершине ±5 % при максимальной частоте преобразования.

Таблица 3 — Основные технические характеристики

Наименование характеристики	Значение
Количество измерительных каналов	8

Наименование характеристики	Значение
Разрядность АЦП, бит	18
Частота преобразования, Гц	500
Напряжение питания ИПЬ, В	от 6 до 12
Длина волоконно-оптического кабеля, м, не менее	200
Мощность потребляемая, Вт, не более	6
Г абаритные размеры ИПЬ, мм, не более:
-высота	55
-ширина	120
-длина	170
Масса (без упаковки), кг, не более	2,7
Условия эксплуатации:
— температура окружающей среды, °С	от +18 до +35
— относительная влажность при +20 °С, %, не более	90
— атмосферное давление, кПа	от 94 до 107

Знак утверждения типа

наносится на титульный лист руководства по эксплуатации типографским способом.

Комплектность средства измерений

Таблица 4 — Комплектность средства измерений

Наименование	Обозначение	Количество
Измерительный преобразующий блок (ИПЬ)	—	1 шт.
Симплексный одномодовый волоконнооптический кабель (ВОК)	—	1 шт.
Приемно-передающий блок (ППЬ)	—	1 шт.
Программно-математическое обеспечение (ПО) «Система СКС»	—	1 шт.
Паспорт	РЦФС.411711.018 ПС	1 экз.
Руководство по эксплуатации	РЦФС.411711.018 РЭ	1 экз.
Методика поверки	МП 006.М12-18	1 экз.
Упаковка	—	1 шт.

Поверка

осуществляется по документу МП 006.М12-18 «ГСИ. Системы оптоэлектронные измерительные «СКС-Т1». Методика поверки», утвержденным ФГУП «ВНИИОФИ» 15 мая 2018 г.

Основные средства поверки:

1.    Осциллограф цифровой TDS 784D (регистрационный номер 19296-00).

2.    Генератор импульсов точной амплитуды Г5-75 (регистрационный номер 7767-80). Допускается применение аналогичных средств поверки, обеспечивающих определение

метрологических характеристик поверяемых СИ с требуемой точностью.

Знак поверки наносится на корпус ИНЬ в соответствии с рисунком 2.

Сведения о методах измерений

приведены в эксплуатационном документе.

Нормативные документы, устанавливающие требования к системам оптоэлектронным измерительным «СКС-Т1»

ГОСТ 22261-94 Средства измерений электрических и магнитных величин. Общие технические условия

Новые технологии, ориентированные на устройства обнаружения света

Что такое оптоэлектроника?

Оптоэлектроника — это изучение и применение светоизлучающих или светочувствительных устройств.

Это широко считается поддисциплиной фотоники.

Фотоника относится к изучению и применению физической науки о свете.

Оптоэлектроника быстро становится быстро развивающейся областью технологий, которая состоит из применения электронных устройств для получения, обнаружения и управления светом. Эти устройства могут быть частью многих приложений, таких как военные службы, автоматические системы контроля доступа, телекоммуникации, медицинское оборудование и многое другое.

Поскольку эта область настолько широка, диапазон устройств, подпадающих под оптоэлектронику, огромен, включая устройства захвата изображения, светодиоды и элементы, информационные дисплеи, оптические накопители, системы дистанционного зондирования и системы оптической связи.

Примеры оптоэлектронных устройств включают:

• Телекоммуникационный лазер
• Оптическое волокно
• Синий лазер
• Светодиодный светофор
• Фотодиоды
• Солнечные элементы

Наиболее распространенными оптоэлектронными устройствами с прямым преобразованием между электронами и фотонами являются светодиоды, фото- и лазерные диоды и солнечные элементы.

Компания TT ​​Electronics, специализирующаяся на разработке оптоэлектронных устройств для сложных областей применения, стремится оставаться на вершине быстро развивающейся электронной отрасли.

В этой статье мы обсудим разницу между оптоэлектроникой, электрооптикой и фотоникой, различные типы устройств и их применение, преимущества и недостатки, а также будущее отрасли.

Нет времени читать все руководство прямо сейчас?

Позвольте мне отправить вам копию, чтобы вы могли прочитать ее, когда вам будет удобно. Просто дайте мне знать, куда его отправить (займет 5 секунд): 

Главы

1Общая теория оптоэлектроники 2Объяснение различий между оптоэлектроникой, электрооптикой и фотоникой 3Типы оптоэлектронных устройств, которые необходимо знать и их применение 4Ключевые преимущества и недостатки оптоэлектроники 5Будущее отрасли оптоэлектроники

 

ГЛАВА 1

Общая теория оптоэлектроники

Как мы обсуждали ранее, оптоэлектроника — это особая область электроники, которая сосредоточена исключительно на излучающих или воспринимающих свет устройствах.

Оптоэлектронные устройства относятся к компонентам, используемым для обнаружения или излучения электромагнитного излучения, как правило, в видимой и ближней инфракрасной (БИК) областях электромагнитного спектра.

Каждая из этих функций использует фотоэлектрический эффект материалов, также известный как взаимодействие света с веществом. Предпосылка этого была установлена ​​Альбертом Эйнштейном, который постулировал, что свет квантуется, формируется из фотонов, а не из непрерывных волн.

 

 

Источник: Introduction to Optoelectronics and Photonics by Jordan Edmunds

 

Основные механизмы всех оптоэлектронных устройств основаны на фотогальванический эффект, который относится к испусканию электронов из материала фотонами.

Когда луч света попадает на фотоэлектрический материал, энергия фотонов может поглощаться электронами в кристаллической решетке материала. При условии, что эта энергия превышает ширину запрещенной зоны электрона; он выталкивается из материала.

Тот же общий принцип работает и в обратном порядке, чтобы производить свет из электрических сигналов.

ГЛАВА 2

Объяснение разницы между оптоэлектроникой, электрооптикой и фотоникой

Изучение света — невероятно сложная и пересекающаяся область, затрагивающая различные школы мысли.

Фотоника и оптика, например, две несомненно взаимосвязанные, но разные области науки. Точно так же оптоэлектроника и электрооптика являются совершенно отдельными, но связанными между собой объектами.

При рассмотрении этих различных областей с такой широкой точки зрения легко упустить из виду местный язык. Кроме того, эти термины часто используются взаимозаменяемо, когда они имеют разные значения, которые стоит отметить. Они определяются следующим образом:

Оптоэлектроника — описывается как «устройство, которое реагирует на оптическую мощность, излучает или изменяет оптическое излучение или использует оптическое излучение для своей внутренней работы» или «любое устройство, которое функционирует как электрически -оптический или оптико-электрический преобразователь». [источник]

Электрооптика   — это известно как «использование приложенных электрических полей для генерации и управления оптическим излучением» [источник]. Также стоит отметить, что для этого термина предусмотрено предупреждение, поскольку электрооптические (E-O) часто используется как синоним оптоэлектроники, что неверно

Фотоника — Фотоника известна как «технология генерации и использования света, квантовой единицей которого является фотон». ]

Давайте разберем это дальше…

Простой способ отличить оптику от фотоники заключается в том, что обе они связаны с управлением светом. Тем не менее, электрооптика связана с электрическим управлением устройствами и системами для получения желаемых световых свойств, в то время как фотоника связана с управлением светом для получения необходимого электрического сигнала.

Прежде чем приступить к изучению типов оптоэлектронных устройств, доступных сегодня, стоит различать, что подразумевается под электрооптикой по сравнению с оптоэлектроникой. Как уже упоминалось, существуют некоторые разногласия по поводу использования этого слова.

Некоторые утверждают, что это синонимы, но это не совсем так.

Как следует из названия, электрооптика более тесно связана с областью оптики. Если копнуть глубже, электрооптика обычно относится к методам и устройствам, используемым для изменения характеристик света с помощью электрического эффекта, например, к электронной регулировке показателей преломления оптических устройств.

Оптоэлектроника значительно разнообразнее.

Теперь, когда мы рассмотрели основную терминологию, давайте углубимся в различные типы оптоэлектронных устройств, представленных на рынке.

ГЛАВА 3

Типы оптоэлектронных устройств, которые необходимо знать, и их применение

Сегодня оптоэлектронные устройства в основном основаны на полупроводниках, таких как кремний (Si), которые проявляют электронные свойства между характеристиками проводника и изолятора на основе структуры ширины запрещенной зоны в материале.

Хотя взаимосвязь между оптоэлектроникой и полупроводниками не является взаимоисключающей, они составляют основу большинства оптоэлектронных систем, используемых в бытовой, промышленной и военной продукции.

К ним относятся, помимо прочего:

• Фотодиоды
• Фотогальваника (или солнечные элементы)
• Фоторезисторы
• Светодиоды (LED)
• Интегральные схемы датчика энкодера (ИС)
• Лазерные диоды
• Оптические волокна

Фотодиоды

Короче говоря, фотодиод — это полупроводниковый датчик света, который состоит из активного P-N перехода и генерирует ток или напряжение, когда свет падает на переход, согласно ELPROCUS.

Этот тип устройства имеет три «режима», в которых он может использоваться:

1. прямое смещение в качестве светодиода
2. с обратным смещением в качестве фотодетектора
3. фотоэлектрический в качестве солнечной батареи

Фотодиоды используются во многих областях, таких как медицинское оборудование, камеры, промышленное оборудование и оборудование для обеспечения безопасности.

Фотоэлектрические элементы (или солнечные элементы)

Солнечные элементы или фотоэлектрические элементы представляют собой устройства, которые непосредственно преобразуют солнечную энергию в электричество. [источник] Поскольку солнечный свет состоит из фотонов, когда он падает на солнечный элемент, он создает ток и напряжение, которые генерируют электроэнергию.

Применение фотогальваники включает в себя телекоммуникационные системы, средства морской навигации, электрификацию сельской местности и многое другое.

Фоторезисторы

Эти устройства представляют собой управляемые светом переменные резисторы, также известные как фоторезисторы (или LDR).

Согласно All About Circuits, когда фоторезистор кладут кому-то очень темному, его сопротивление очень велико (в мегаомах). Напротив, при освещении его сопротивление значительно уменьшается (в зависимости от интенсивности света оно может составлять сотни Ом).

С точки зрения применения фоторезисторы используются в основном в светочувствительных коммутационных устройствах.

Светоизлучающие диоды (или светодиоды)

Светоизлучающий диод (СИД) представляет собой полупроводниковый диод P-N, в котором рекомбинация электронов и дырок создает фотон, что представляет собой эффект, называемый электролюминесценцией.

Область применения светодиодов обширна, поскольку они выделяют меньше тепла, потребляют меньше энергии и служат дольше, чем лампы накаливания.

Типичные области применения могут варьироваться от компьютерных компонентов и медицинских устройств до приборных панелей, бытовой техники, часов и многого другого.

Интегральные схемы датчика энкодера (ИС)

 

Это полноценный датчик интегральной схемы системы на кристалле (SoC), который используется в качестве сердцевины оптического энкодера для преобразования вращательного или линейного движения в электрические сигналы, которые могут быть используется для определения скорости, скорости, скорости, расстояния, положения или направления.

Типичное приложение будет использовать один или несколько из этих датчиков в качестве обратной связи с контроллером в системе управления движением.

Датчики энкодера ИС представляют собой монолитный массив активных фотодиодов, которые используются для преобразования светового сигнала в электрические сигналы, но в дополнение к этому он имеет большую часть периферийных схем для обработки и управления электрическими аналоговыми сигналами.

Некоторые из наиболее сложных интегральных схем энкодера могут содержать до 10 различных подсистем, образующих единую систему для точного обнаружения движения.

Например, он может содержать входной драйвер обратной связи с замкнутым контуром, датчик температуры, аналоговые и цифровые выходы и схему защиты от короткого замыкания, которые вместе образуют связную систему, обеспечивающую готовое решение для нужд клиента.

 

Лазерные диоды

Лазерные диоды представляют собой полупроводниковые лазерные устройства, преобразующие электрическую энергию в световую. Они очень похожи по форме и работе на светодиоды.

ЛАЗЕРНЫЙ диод (также известный как VCSEL — LASER с вертикальным резонатором) имеет множество преимуществ, таких как:

• В 70 раз более эффективен, чем традиционные светодиоды.
• Одинарная оптическая длина волны, свет с высокой когерентностью, минимизирующий потери сигнала при передаче по оптоволокну на большие расстояния.
• Непревзойденная надежность: обычно около 1 млн часов работы по сравнению с около 100 тыс. часов работы светодиодов.
• Из-за природы света VCSEL и скачков в процессах производства полупроводников и средств управления кристаллы VCSEL работают быстрее, чем их светодиодные аналоги.

Примечание: В настоящее время VCSEL 10 Гбит/с очень распространены в телекоммуникационных приложениях. Компоненты VCSEL, которые производит TT Electronics, имеют пропускную способность 2,5 Гбит/с. Обычно светодиоды работают в мегагерцовом диапазоне. Так что разница в скорости на порядки.

Опять же, у этого устройства множество применений, включая, помимо прочего, военные приложения, проигрыватели компакт-дисков, хирургические процедуры и связь на большие расстояния.

Оптическое волокно

Оптическое волокно используется в оптоэлектронных устройствах для передачи информации посредством модулированного света. Типичными применениями оптических волокон являются телекоммуникации, датчики, биомедицина и волоконные лазеры.

Часто возникает вопрос:

«Я вижу, что оптоэлектроника используется в оптоволокне, есть ли у вас примеры, чем это лучше, чем традиционное оптоволокно?»

Вот четыре причины, по которым оптоволокно используется вместо электрических…

1. Оптические сигналы не подвержены электромагнитным помехам и не вызывают их.
2. Сигналы разных длин волн могут передаваться по одному и тому же волокну, и они не мешают друг другу.
3. Оптические сигналы ухудшаются не так быстро, как электрические.
4. Полоса пропускания оптического кабеля намного больше, чем у электрического кабеля.

ГЛАВА 4

Ключевые преимущества и недостатки оптоэлектроники , аэрокосмическая и оборонная.

Однако, как и у любой технологии, у оптоэлектроники есть ключевые преимущества и недостатки, которые необходимо учитывать.

ГЛАВА 5

Будущее отрасли оптоэлектроники

Согласно Market Insight Reports, ожидается, что рынок оптоэлектроники будет расти в среднем на 10,25% в течение прогнозируемого периода с 2019 по 2024 год.

900 02 Оптоэлектронные устройства составляют составляет значительную часть мирового рынка полупроводников, и рост наблюдается в нескольких областях, в частности…

• Высокие требования к светодиодам стали отраслевым стандартом для технологий отображения в электронных устройствах. Этот стандарт обусловлен повышенным спросом потребителей на лучшую производительность и более высокое разрешение.
• В автомобильной промышленности наблюдается рост спроса благодаря внедрению электромобилей и автономных транспортных средств, что, как ожидается, повысит использование оптоэлектронных устройств, тем самым стимулируя рынок.
• Передовые технологии производства и изготовления демонстрируют растущее потребление, что стимулирует использование оптоэлектронных компонентов в промышленном секторе.

Кроме того, оптоэлектроника предоставляет значительные возможности для исследований и разработок, и ее влияние можно увидеть в областях повышения производительности, снижения затрат и крупносерийного производства. [источник] 

 

Заключение

Можно с уверенностью сказать, что оптоэлектроника не исчезнет в ближайшее время.

Как промышленные, так и академические сообщества предсказывают многообещающее будущее для исследований в области технологий оптоэлектроники, и ожидается, что достижения в области оптики и фотоники произведут революцию в 21 веке.

TT Electronics специализируется на разработке оптоэлектронных устройств для сложных областей применения. Мы предлагаем решения, отвечающие самым строгим стандартам аэрокосмической и оборонной промышленности и превосходящие их.

Если вы хотите узнать больше о нашем ассортименте продукции и рынках, которые мы обычно обслуживаем, просто свяжитесь с членом команды TT Electronics сегодня.

Полностью имплантируемые оптоэлектронные системы для безбатарейной мультимодальной работы в нейробиологических исследованиях

Доступность данных

Данные, подтверждающие графики в этой статье и другие результаты этого исследования, можно получить у соответствующего автора по обоснованному запросу.

Ссылки

1. Бойден, Э. С., Чжан, Ф., Бамберг, Э., Нагель, Г. и Дейссерот, К. Миллисекундный масштаб времени, генетически направленный оптический контроль нервной активности. Нац. Неврологи. 8 , 1263–1268 (2005).

   Артикул Google Scholar

2. Дейссерот, К. Оптогенетика. Нац. Методы 8 , 26–29 (2011).

   Артикул Google Scholar

3. «>

   Park, S.I. et al. Мягкие, растяжимые, полностью имплантируемые миниатюрные оптоэлектронные системы для беспроводной оптогенетики. Нац. Биотехнолог. 33 , 1280–1286 (2015).

   Артикул Google Scholar

4. Пизанелло, Ф. и др. Оптические волокна с многоточечным излучением для оптогенетики in vivo с пространственной адресацией. Нейрон 82 , 1245–1254 (2014).

   Артикул Google Scholar

5. Йижар О., Фенно Л. Э., Дэвидсон Т. Дж., Могри М. и Дейссерот К. Оптогенетика в нейронных системах. Нейрон 71 , 9–34 (2011).

   Артикул Google Scholar

6. Чен Р., Каналес А. и Аникеева П. Технологии нейронной записи и модуляции. Нац. Преподобный Матер. 2 , 16093 (2017).

   Артикул Google Scholar

7. «>

   Шин Г. и др. Гибкая беспроводная оптоэлектроника ближнего поля в качестве подкожных имплантатов для широкого применения в оптогенетике. Нейрон 93 , 509–521 (2017). е503.

   Артикул Google Scholar

8. Montgomery, K.L. et al. Полностью внутренняя оптогенетика с беспроводным питанием для мозга, спинного мозга и периферических цепей у мышей. Нац. Методы 12 , 969–974 (2015).

   Артикул Google Scholar

9. Park, S.I. et al. Растяжимые многоканальные антенны в мягких беспроводных оптоэлектронных имплантатах для оптогенетики. Проц. Натл акад. науч. США 113 , E8169–E8177 (2016 г.).

   Артикул Google Scholar

10. Хо, Дж. С. и др. Самоотслеживающая передача энергии для нервной стимуляции у непривязанных мышей. Физ. Преподобный заявл. 4 , 024001 (2015).

    Артикул Google Scholar

11. Гутруф П. и Роджерс Дж. А. Платформы имплантируемых беспроводных устройств для исследований в области неврологии. Курс. мнение Нейробиол. 50 , 42–49 (2018).

    Артикул Google Scholar

12. Klapoetke, N.C. et al. Независимое оптическое возбуждение отдельных нейронных популяций. Нац. Методы 11 , 338–346 (2014).

    Артикул Google Scholar

13. Акербум, Дж. и др. Генетически закодированные индикаторы кальция для многоцветной визуализации нейронной активности в сочетании с оптогенетикой. Фронт. Мол. Нейроски . https://doi.org/10.3389/fnmol.2013.00002 (2013 г.).

14. Харви, К.Д., Коллман, Ф. , Домбек, Д.А. и Танк, Д.В. Внутриклеточная динамика клеток места гиппокампа во время виртуальной навигации. Природа 461 , 941–946 (2009).

    Артикул Google Scholar

15. Тай, К. М. и др. Схема миндалевидного тела, опосредующая обратимый и двунаправленный контроль тревоги. Природа 471 , 358–362 (2011).

    Артикул Google Scholar

16. Hight, A. E. et al. Превосходное временное разрешение Chronos по сравнению с каналом родопсина-2 в оптогенетической модели слухового имплантата ствола мозга. Слушай. Рез. 322 , 235–241 (2015).

    Артикул Google Scholar

17. Gerlai, R. Маленькая рыбка с большим будущим: данио в поведенческой неврологии. Преподобный Neurosci. 22 , 3–4 (2011).

    Артикул Google Scholar

18. «>

    Ярцев М.М., Улановский Н. Репрезентация трехмерного пространства в гиппокампе летучих мышей. Наука 340 , 367–372 (2013).

    Артикул Google Scholar

19. Лу, Л. и др. Беспроводные оптоэлектронные фотометры для мониторинга динамики нейронов в глубоком мозгу. Проц. Натл акад. науч. США 115 , E1374–E1383 (2018).

    Артикул Google Scholar

20. Саминени В.К. и др. Полностью имплантируемые безбатарейные беспроводные оптоэлектронные устройства для оптогенетики позвоночника. Боль 158 , 2108–2116 (2017).

    Артикул Google Scholar

21. Ван, Л., Жак, С. Л. и Чжэн, Л. MCML — Монте-Карло моделирование переноса света в многослойных тканях. Вычисл. Методы Программы Биомед. 47 , 131–146 (1995).

    Артикул Google Scholar

22. Кейзер, М., Жак, С. Л., Прал, С. А. и Уэлч, А. Дж. Распределение света в ткани артерии: моделирование методом Монте-Карло для лазерных лучей конечного диаметра. Лазеры Surg. Мед. 9 , 148–154 (1989).

    Артикул Google Scholar

23. Ярославский А. и др. Оптические свойства отдельных нативных и коагулированных тканей головного мозга человека in vitro в видимой и ближней инфракрасной областях спектра. Физ. Мед. биол. 47 , 2059 (2002).

    Артикул Google Scholar

24. Йона, Г., Мейтав, Н., Кан, И. и Шохам, С. Реалистическое численное и аналитическое моделирование рассеяния света в тканях головного мозга для оптогенетических приложений. ЭНейро 3 , ЭНЕВРО.0059-0015.2015 (2016).

    Артикул Google Scholar

Скачать ссылки

Благодарности

Мы признательны за поддержку Центра биоинтегрированной электроники Северо-Западного университета. C.R.H. поддерживается грантом поддержки онкологического центра P30 CA060553 от Национального института рака, присужденным Комплексному онкологическому центру Роберта Х. Лурье. Z.X. выражает благодарность Национальному фонду естественных наук Китая (номер гранта 11402134). Ю.Х. признает поддержку Национального научного фонда (номер гранта 1400169, 1534120 и 1635443).

Информация об авторе

Авторы и организации

1. Центр биоинтегрированной электроники Института бионанотехнологий им. Симпсона Куэрри и Департамент материаловедения и инженерии Северо-Западного университета, Эванстон, Иллинойс, США

   Филипп Гутруф, Чун- Джу Су, Сиддхарт Р. Кришнан и Тайлер Рэй

2. Департамент биомедицинской инженерии, Исследовательские лаборатории биологических наук, Аризонский университет, Тусон, Аризона, США

   Филипп Гутруф

3. Исследовательская группа функциональных материалов и микросистем и Исследовательский центр микронано, Университет RMIT, Мельбурн, Виктория, Австралия

   Вайшнави Кришнамурти

4. CREOL, The College оптики и фотоники, Университет Центральной Флориды, Орландо, Флорида, США

   Абрахам Васкес-Гуардадо и Дебашис Чанда

5. Центр технологий нанонауки, Университет Центральной Флориды, Орландо, Флорида, США

   Абрахам Васкес-Гуардадо и Дебашис Чанда

6. Факультет гражданского и экологического строительства, машиностроения, материаловедения и инженерии, Северо-Западный университет, Эванстон, Иллинойс, США

   Чжаоцянь Се и Юнган Хуанг

7. Департамент Материаловедение и инженерия Лаборатория исследования материалов Фредерика Зейтца Иллинойсский университет в Урбана-Шампейн, Урбана, Иллинойс, США

   Энтони Бэнкс

8. Ключевая лаборатория структур C&PC Министерства образования, Юго-Восточный университет, Нанкин, Китай

   Йешоу Сюй

9. Центр усовершенствованной молекулярной визуализации, радиологии и биомедицинской инженерии, Северо-Западный университет, Эванстон, Иллинойс, США

   9000 2 Chad R. Haney

10. Центр современной молекулярной визуализации, Северо-Западный университет, Эванстон, Иллинойс, США

    Emily A. Waters

11. Центр развития терапии, Северо-Западный университет, Эванстон, Иллинойс, США

    Иравати Кандела

12. Кафедра биомедицинской инженерии Школа инженерии и прикладных наук им. Маккормика, Северо-Западный университет, Эванстон, Иллинойс, США

    Джон П. Лешок

13. Кафедра материаловедения и инженерии , Биомедицинская инженерия, Химия, Неврологическая хирургия, машиностроение, электротехника и информатика Институт Симпсона Куэрри и Медицинская школа Файнберга, Северо-Западный университет, Эванстон, Иллинойс, США

    John A. Rogers

Авторы

1. Philipp Gutruf

   Просмотр публикаций автора

   Вы также можете искать этого автора в PubMed Google Scholar

2. Vaishnavi Krishnamurthi

   Посмотреть публикации автора

   Вы также можете искать этого автора в PubMed Google Scholar

3. Abraham Vázquez-Guardado

   Просмотр публикаций автора

   Вы также можете искать этого автора в PubMed Google Академия

4. Zhaoqian Xie

   Просмотр публикаций автора

   Вы также можете искать этого автора в PubMed Google Scholar

5. Anthony Banks

   Просмотр публикаций автора

   Вы также можете искать этого автора в PubMed Google Scholar

6. Chun-Ju Su

   Просмотр публикаций автора

   Вы также можете искать этого автора в PubMed Google Scholar

7. Ешоу Сюй

   Посмотреть публикации автора

   Вы также можете искать этого автора в PubMed Google Scholar

8. Chad R. Haney

   Просмотр публикаций автора

   Вы также можете искать этого автора в PubMed Google Scholar

9. Emily A. Waters

   Просмотр публикаций автора

   Вы также можете искать этого автора в PubMed Google Scholar

10. Иравати Кандела

    Посмотреть публикации автора

    Вы также можете искать этого автора в PubMed Google Scholar

11. Siddharth R. Krishnan

    Просмотр публикаций автора

    Вы также можете искать этого автора в PubMed Google Scholar

12. Tyler Ray

    Просмотр публикаций автора

    Вы также можете искать этого автора в PubMed Google Scholar

13. John P. Leshock

    Посмотреть публикации автора

    Вы также можете искать этого автора в PubMed Google Scholar

14. Yonggang Huang

    Просмотр публикаций автора

    Вы также можете искать этого автора в PubMed Google Scholar

15. Debashis Chanda

    Посмотреть публикации автора

    Вы также можете искать этого автора в PubMed Google Scholar

16. John A. Rogers

    Просмотр публикаций автора

    Вы также можете искать этого автора в PubMed Google Академия

Взносы

П.Г., А.В.-Г., З.Х. и Дж.А.Р. разработанное исследование. П.Г., В.К., А.В-Г., З.Х., А.Б., К.-Дж.С., Ю.Х., К.Р.Х., Э.А.В., И.К., С.Р.К., Т.Р. и J.P.L. выполнил исследование. P.G., A.V.-G., Z.X., C.R.H., E.A.W., I.K., Y.H., D.C. и J.A.R. проанализированные данные. П.Г. и Дж.А.Р. написал бумагу.

Автор, ответственный за переписку

Джон А. Роджерс.

Дополнительная информация

Примечание издателя: Springer Nature сохраняет нейтралитет в отношении юрисдикционных претензий в опубликованных картах и ​​институциональной принадлежности.

Дополнительная информация

Дополнительная информация

Дополнительные рисунки 1–14

Сводка отчетов

Дополнительное видео 1

Демонстрация модуляции выходной интенсивности.