生命現象を光で操作――世界最小の生体埋め込み光刺激ワイヤレス型デバイスを開発 奈良先端大

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奈良先端科学技術大学院大学は2018年4月23日、生体内で神経を光刺激する超小型のワイヤレス型デバイスを開発したと発表した。同大学によると、同型のデバイスとしては世界最小サイズだという。

生命現象を光で操作する光遺伝学(オプトジェネティクス)は近年発展が著しく、脳神経科学などにおいて重要なツールとなっている。オプトジェネティクスでは、光を生体内の任意の部位に届けるためのさまざまな技術が開発されている。特に、生体内に埋め込み可能なワイヤレス型光刺激デバイスは、実験動物を自由に行動させながら脳科学実験が行えるために、期待が寄せられている。オプトジェネティクスでは特に青色による光刺激が重要だが、青色光は生体内にほとんど入っていかないという課題があった。

今回の研究では、生体内に届きやすい赤外光を照射し、そこからエネルギーを取り出して蓄積し、青色発光ダイオード(LED)を駆動。神経刺激光を発生させる手法を採用した。また、小型化するために、電磁波方式ではなく太陽電池を用いた光電力伝送方式を採用。これにより小型化による電圧低下を抑止し、ごく小さな太陽電池でも光刺激のための青色LEDを駆動できた。

具体的には、一般的な半導体集積回路技術であるCMOS(相補型金属酸化物半導体)技術を用いた超小型の光発電、制御チップを開発。これを、青色LEDなどと組み合わせた体積1mm³、重量2.3mgのワイヤレス型光刺激デバイスを開発した。

今回開発したデバイスは、オプトジェネティクスの新しいツールとして、脳科学や神経科学、さらに将来的には創薬や医薬分野への貢献が期待できるという。

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