Zachowanie neuronów można zmienić nie tylko za pomocą substancji chemicznych, ale i samego światła. Światło może aktywować określone białka w mózgu, aby zmienić wzorce mózgowe. W związku z tym naukowcy wszczepili urządzenia optyczne np. gryzoniom, aby skutecznie kontrolować ich zachowanie, używając jako bodźca jedynie światła o określonych długościach fal. Dotychczas stosowane urządzenia były zazwyczaj nieporęczne i ciężkie, w dużej mierze ze względu na zależność od elektromagnetyzmu – zarówno napięcie, jak i prąd zmniejszają się wraz ze zmniejszaniem rozmiaru. Grupa japońskich naukowców zbudowała wszczepialny chip CMOS o objętości 1 mm3 i ciężarze 2,3 mg.
– Rozmiar jest zawsze wyzwaniem. Nikt nie lubi mieć dużych implantów – podkreśla Takashi Tokuda, profesor nadzwyczajny w Nara Institute of Science and Technology (NAIST). – Zintegrowaliśmy dwa zestawy ogniw fotowoltaicznych na układach półprzewodnikowych. Dziesięć komórek zostało zintegrowanych do zasilania, a siedem komórek do polaryzacji.
Tak mały rozmiar urządzenia optycznego wynika z faktu, że w urządzeniach opartych na fotowoltaice napięcie pozostaje niezmienione niezależnie od rozmiaru. Nowy chip wykorzystuje uzupełniający się półprzewodnik z tlenku metalu, który kontroluje moc fotowoltaiczną.
Urządzenie zawiera chip LED InGan (zbudowany z azotku indu i galu), dzięki któremu może emitować niebieskie światło. Można je zaś aktywować za pomocą światła podczerwonego. To o tyle istotne, że podczerwień może wnikać głęboko w ciało, podczas gdy światło niebieskie nie może dotrzeć głębiej niż powierzchnia. Dlatego urządzenie można wszczepić na kilka centymetrów w głąb ciała.
Nowy biochip japońskich naukowców nie jest jednak jeszcze gotowy do wszczepiania, wciąż wymaga modyfikacji przed uzyskaniem pełnego potencjału.
– Urządzenie może być stosowane tylko do stymulacji impulsami i wymaga czasu ładowania dla każdej stymulacji. Większość optogenetyków używa wielu impulsów. Musimy poprawić wydajność odbioru i konwersji energii – wskazuje Takashi Tokuda. – Jest to jednak najmniejszy na świecie bezprzewodowy optyczny stymulator neuronowy.
Jeśli to najmniejsze na świecie urządzenie optyczne do wszczepiania pod skórę zostanie skomercjalizowane, może posłużyć m.in. w opiece zdrowotnej czy do kontrolowania urządzeń internetu rzeczy.
Źródło: Newseria Innowacje
