全球最小光學(xué)植入生物器件可控制神經(jīng)活動(dòng)

　　據(jù)麥姆斯咨詢報(bào)道，日本研究人員開發(fā)出了一種新的可植入器件，其尺寸略小于一枚硬幣邊緣的寬度，可用于控制大腦的模式。這款微型可植入器件可以將紅外光轉(zhuǎn)換為藍(lán)光以控制神經(jīng)活動(dòng)，是目前有報(bào)道的全球最小、最輕的無線光學(xué)生物器件。

　　幾個(gè)世紀(jì)以來，人們已經(jīng)知道化學(xué)物質(zhì)可以改變動(dòng)物的神經(jīng)行為。光遺傳學(xué)領(lǐng)域證明，光也可以用來改變神經(jīng)行為。目前已知光可以激活大腦中的某些蛋白質(zhì)以改變大腦模式。據(jù)此，科學(xué)家們已經(jīng)通過植入光學(xué)器件，僅利用特定波長(zhǎng)的光作為刺激，成功地控制了嚙齒動(dòng)物的行為。不過，這些設(shè)備通常體積龐大，需要佩戴像橄欖球頭盔或更重的設(shè)備，因而會(huì)給動(dòng)物帶來不適和困擾。

　　Nara Institute of Science and Technology(NAIST，日本奈良科學(xué)技術(shù)研究所)的助理教授Takashi Tokuda一直致力于研究微型化可植入光學(xué)器件。

　　他認(rèn)為：“尺寸始終是很重要的挑戰(zhàn)，沒有人或動(dòng)物喜歡大尺寸的植入物。”

　　對(duì)電磁學(xué)技術(shù)的依賴，阻礙了可植入器件的微型化。在這樣的微型器件中，電壓和電流都會(huì)隨著尺寸的減小而減小，從而限制了器件功率。另一方面，在依賴光伏技術(shù)的器件中，隨著尺寸減小，電壓保持不變。

　　Tokuda研究團(tuán)隊(duì)制造的新器件采用CMOS來控制光伏發(fā)電。“我們將兩組光伏電池集成到半導(dǎo)體芯片上，其中有10個(gè)電池用于供電，另有7個(gè)電池用于偏壓，”他介紹說。

　　該器件包含一個(gè)InGaN LED芯片，可使器件發(fā)出藍(lán)光。不過，該器件的一個(gè)更顯著的特點(diǎn)是它可以通過紅外光激活。紅外線因?yàn)榭梢源┩干眢w深處，而用于許多光療手段，而藍(lán)光無法穿透表面更深層的地方。因此，該器件可以植入身體內(nèi)幾厘米深的部位。

　　該器件的體積僅為1 mm3、僅重2.3 mg，幾乎比任何其他報(bào)道的類似器件小一個(gè)數(shù)量級(jí)，因而Tokuda團(tuán)隊(duì)稱其為“世界上最小的無線光學(xué)神經(jīng)刺激器”。

　　不過與此同時(shí)，Tokuda承認(rèn)這款器件還需要進(jìn)行修改完善才能發(fā)揮最大的潛力。

　　“該器件只能用于脈沖刺激，每次刺激后需要一定的充電時(shí)間，大多數(shù)光遺傳學(xué)研究需要使用多次脈沖，因此我們還需要提高器件的功率接收和轉(zhuǎn)換效率。”他說。