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全球最小光学植入生物器件可控制神经活动

导读: 日本研究人员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。

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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