世界上最小的光学植入式生物设备

2018-12-27 10:40:14
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日本研究人员描述了一种新的植入式设备,其尺寸不大于硬币的宽度,可用于控制大脑模式。该设备可以在AIP Advances中读取,将红外光转换为蓝光以控制神经活动,是最小和最轻的无线光学生物设备。

几个世纪以来,人们都知道化学物质可以改变神经行为。光遗传学领域证明,神经行为也可以仅用光来改变。现在已知光可以激活大脑中的某些蛋白质来改变大脑模式。因此,科学家已经植入光学装置,仅使用特定波长的光作为刺激来成功控制啮齿动物的行为。然而,这些装置通常体积庞大,类似于戴着橄榄球头盔或更重的东西,并且引起动物的不适和痛苦。

奈良科学技术研究所(NAIST)的副教授Takashi Tokuda一直在研究使植入式光学器件小型化的方法。

“尺寸始终是挑战。没有人喜欢大型植入物,”他说。

可植入装置的小型化受到对电磁学的依赖性的阻碍。在这种装置中,电压和电流都随着尺寸的减小而减小,从而限制了功率。另一方面,在依赖于光伏器件的器件中,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互补金属氧化物半导体来控制光伏发电。“我们将两组光伏电池集成到半导体芯片上。整合了10个电池供电,7个电池用于偏置,”他说。

该器件包括一个InGan LED芯片,可使器件发出蓝光。然而,该装置的一个更显着的特征是它可以用红外光激活。红外线用于许多光疗法,因为它可以穿透身体深处,而蓝光不能比表面深得多。因此,该装置可植入体内几厘米。

该设备的体积和重量仅为1毫米3和2.3毫克,几乎比任何其他报告的设备高一个数量级,这使得Tokuda称其为“世界上最小的无线光学神经刺激器”。

与此同时,Tokuda承认该设备需要在达到最大潜力之前进行修改。

“该装置只能用于脉冲刺激,每次刺激都需要充电时间。大多数光遗传学使用多个脉冲。我们需要提高功率接收和转换效率,”他说。

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