Verdens mindste optiske implanterbare bioenhed

Japanske forskere har beskrevet en ny implanterbar enhed, der ikke er større end bredden af ​​en mønt, der kan bruges til at kontrollere hjernemønstre. Enheden, rapporteret i AIP forskud , konverterer infrarødt lys til blåt lys for at kontrollere neural aktivitet, og er den mindste og letteste trådløse optiske bioenhed, der endnu er rapporteret.

I århundreder, det har været kendt, at kemikalier kan ændre neurale adfærd. Optogenetikområdet viste, at neural adfærd også kan ændres med blot lys. Det er nu kendt, at lys kan aktivere visse proteiner i hjernen for at ændre hjernemønstre. Derfor, forskere har implanteret optiske apparater for med succes at kontrollere gnavernes adfærd ved kun at bruge lys fra bestemte bølgelængder som stimulansen. Imidlertid, enhederne er ofte omfangsrige, ligner at bære en fodboldhjelm eller noget tungere, og forårsage ubehag og lidelse for dyrene.

Takashi Tokuda, lektor ved Nara Institute of Science and Technology (NAIST), har undersøgt måder at miniaturisere implanterbare optiske enheder. "Størrelse er altid udfordringen. Ingen kan lide at have store implantater, " han siger.

Miniaturiseringen af ​​implanterbare enheder er blevet hindret af en afhængighed af elektromagnetik. I sådanne enheder, både spændingen og strømmen falder med en reduktion i størrelse, begrænser dermed magten. På den anden side, i enheder, der er afhængige af fotovoltaik, spændingen forbliver uændret, da størrelsen reduceres.

Den nye enhed fremstillet af Tokudas forskerhold bruger en komplementær metaloxidhalvleder, der styrer fotovoltaisk strøm. "Vi integrerede to sæt fotovoltaiske celler på halvlederchips. Ti celler blev integreret til strømforsyning, og syv celler til forspænding, " han sagde.

Enheden indeholder en InGan LED -chip, hvilket får enheden til at udsende blåt lys. En mere særpræg ved enheden, imidlertid, er, at den kan aktiveres med infrarødt lys. Infrarød bruges i mange lysterapier, fordi det kan trænge dybt ind i kroppen, hvorimod blåt lys ikke kan gå meget dybere end overfladen. Derfor, enheden kan implanteres flere centimeter ind i kroppen.

På kun 1 mm ³ og 2,3 mg, enhedens volumen og vægt er næsten en størrelsesorden end nogen anden rapporteret enhed, får Tokuda til at kalde det "verdens mindste trådløse optiske neurale stimulator."

På samme tid, Tokuda erkender, at enheden har brug for ændringer, før den når sit fulde potentiale.

"Enheden kan kun anvendes til pulsstimuleringer og kræver en opladningstid for hver stimulation. De fleste optogenetik bruger flere pulser. Vi er nødt til at forbedre effektmodtagelsen og konverteringseffektiviteten, " han sagde.