日本开发出全球最小光学植入生物器件:可控制神经活动

日本开发出全球最小光学植入生物器件:可控制神经活动

据麦姆斯咨询报道,日本研究人员Tokuda研究团队开发出了一种新的可植入器件,其尺寸略小于一枚硬币边缘的宽度,可用于控制大脑的模式。这款微型可植入器件可以将能穿透身体深处的红外光转换为蓝光以控制神经活动,是目前有报道的全球最小、最轻的无线光学生物器件。

 
几个世纪以来,人们已经知道化学物质可以改变动物的神经行为。光遗传学领域证明,光也可以用来改变神经行为。目前已知光可以激活大脑中的某些蛋白质以改变大脑模式。据此,科学家们已经通过植入光学器件,仅利用特定波长的光作为刺激,成功地控制了啮齿动物的行为。不过,这些设备通常体积庞大,需要佩戴像橄榄球头盔或更重的设备,因而会给动物带来不适和困扰。
 
Nara Institute of Science and Technology(NAIST,日本奈良科学技术研究所)的助理教授Takashi Tokuda一直致力于研究微型化可植入光学器件。
 
他认为:“尺寸始终是很重要的挑战,没有人或动物喜欢大尺寸的植入物。”
 
对电磁学技术的依赖,阻碍了可植入器件的微型化。在这样的微型器件中,电压和电流都会随着尺寸的减小而减小,从而限制了器件功率。另一方面,在依赖光伏技术的器件中,随着尺寸减小,电压保持不变。
 
Tokuda研究团队制造的新器件采用CMOS来控制光伏发电。“我们将两组光伏电池集成到半导体芯片上,其中有10个电池用于供电,另有7个电池用于偏压,”他介绍说。
 
该器件包含一个InGaN LED芯片,可使器件发出蓝光。不过,该器件的一个更显着的特点是它可以通过红外光激活。红外线因为可以穿透身体深处,而用于许多光疗手段,而蓝光无法穿透表面更深层的地方。因此,该器件可以植入身体内几厘米深的部位。
 
该器件的体积仅为1 mm3、仅重2.3 mg,几乎比任何其他报道的类似器件小一个数量级,因而Tokuda团队称其为“世界上最小的无线光学神经刺激器”。
 
不过与此同时,Tokuda承认这款器件还需要进行修改完善才能发挥最大的潜力。
 
“该器件只能用于脉冲刺激,每次刺激后需要一定的充电时间,大多数光遗传学研究需要使用多次脉冲,因此我们还需要提高器件的功率接收和转换效率。”他说。

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发布日期:2019年03月03日  所属分类:医疗电子