Jenetikman kode efèktè optogenetic, inhibiteurs, ak endikatè fliyoresan yo se zouti enpòtan nan nerosyans. Teknik optogenetic pèmèt manipilasyon egzak nan sikui neral lè l sèvi avèk limyè. Sepandan, atenuasyon limyè poze defi pou bay limyè ki gen fòm espasyal ki kontwole seri eksitasyon nan rejyon gwo twou san fon nan sèvo.
Dapre MEMS Consulting, dènyèman, chèchè ki soti nan Max Planck Institute of Microstructure Physics nan Almay te simonte defi sa a atravè yon pwofonde neral Silisyòm implantable ak mikwo-elektwòd entegre ak sikui nanofotonik fabrike pa yon fondri. Sond sa a ka emèt modèl travès ki fèt ak ase pouvwa pou ankouraje aktivite neral ki soti nan pwent selilè rive nan repons konplè-rezo a. Eksperyans in vivo yo evalye sond ki emèt gwo-divèjans ki ba oswa fèy limyè planè, tou de nan yo ki ka selektivman estimile newòn nan diferan pwofondè. Yon konparezon nan repons spike yo pwovoke montre ke, konpare ak pwofonde divergence ki ba -, sond fèy limyè a ka pwovoke yon pi wo degre nan fatig pousantaj tire nan entansite limyè ki pi ba. Sond fèy limyè a kapab tou pwovoke kriz nan ipokanp nan yon modèl sourit nan epilepsi pandan y ap kenbe tanperati a monte nan 1 degre. Entegre aparèy adisyonèl, tankou multiplexeur longèdonn ak fotodetektè, kapab pèmèt yon implant milti-fonksyonèl pou kat aktivite nan sèvo milti-modal. Rezilta rechèch ki gen rapò yo te pibliye nan jounal lanpj Biosensinganba tit la "Enplantable nanophotonic sond neral pou entegre fotostimulasyon modele ak anrejistreman elektwofizyolojik".
Nanofotonik sistèm sond neral pwopoze nan papye sa a montre nan figi ki anba a. Sond la se pasif epi li sèvi ak yon sous lazè ki pa -chip ak elektwonik anrejistreman pou minimize risk pou chofe tisi yo. Chak pwofonde konekte ak yon sistèm eskanè lazè ekstèn ak yon tablo sikwi akizisyon done elektwofizyolojik pou eksitasyon optik similtane ak anrejistreman elektwofizyolojik. Nanofotonik sond neral yo te fabrike sou 200-mm-dyamèt Silisyòm wafers lè l sèvi avèk gwo twou san fon iltravyolèt (DUV) litografi nan Advanced Micro Foundry la.
Dyagram konseptyèl nan sistèm nanofotonik sond neral la
Sond sa a konsiste de yon sèl kouch nitrure Silisyòm (SiN) pou gid ond optik ak twa kouch aliminyòm (Al) kouch fil elektrik metal. Yo itilize nitrure Titàn (TiN) pou fòme mikwo-elektwòd sifas biokonpatib. Atravè pwosesis moulen tounen wafer fondri a ki te swiv pa polisaj apre -pwosesis, epesè sond la ka redwi a 40 - 60 µm.
Apèsi sou Sond Neural entegre ak Microelectrodes
Pou demontre kapasite nan Customize modèl emisyon gwo bout bwa a, chèchè yo te fèt sond ak de griyaj diferan. Premye kalite pwofonde, ki rele "divergence ki ba (LD) pwofonde", emèt yon gwo bout bwa divergence ki ba soti nan yon sèl tij. Yon pwofonde divergence ki ba gen 16 griyaj inifòm ak 18 elektwòd. Dezyèm kalite pwofonde, ki rele "light sheet (LS) probe", ka emèt yon fèy limyè pou eksitasyon optik konplè -rezo nan yon pwofondè espesifik. Yon pwofonde fèy limyè gen 4 tij sond ki gen 4 mm longè ak 5 emeteur fèy limyè. Se fèy limyè a ki te fòme pa emisyon an sipèpoze nan 8 etalaj emeteur griyaj sou 4 shanks sond yo.
Karakterizasyon sond yo
Nan eksperyans in vivo, ni pwofonde -divèjans ki ba a ak pwofonde limyè-fèy la ka selektivman estimile newòn nan diferan pwofondè cortical a. Emisyon gwo bout bwa planè pwofonde limyè-fèy la bay yon kouvèti pi laj, ankouraje newòn yo alantou kat tij sond yo. Anplis de sa, konpare ak sond ki ba-divèjans la, sond limyè-fèy la pwovoke yon repons elektwofizyolojik pi fò nan yon entansite pwodiksyon ki pi ba, jan sa pwouve pa yon fatig pousantaj tire pi fò. Anplis, li ka pwovoke kriz nan ipokanp nan modèl sourit epileptik pandan y ap kenbe ogmantasyon tanperati espere pi ba a.<1 °C.
Demonstrasyon eksitasyon optogenetik selektif nan espasyal lè l sèvi avèk yon pwofonde limyè-fèy nan sourit reveye ak tèt-fiks.
Nan modèl sourit epileptik la, sond limyè-fèy la pwovoke kriz nan rejyon CA1 nan ipokanp la atravè optogenetics.
Dapre chèchè yo konnen, travay sa a se premye demonstrasyon yon pwofonde neral nanofotonik. Li pèsonalize modèl emisyon gwo bout bwa a atravè avantaj konbine ki genyen nan gwo pouvwa pwodiksyon ak yon konsepsyon emetè fleksib, ki pèmèt yon repons konplè -rezo a eksitasyon optogenetic. Sond fèy limyè yo pwopoze nan papye sa a ka sèvi kòm yon blòk de baz pou avanse nan devlopman sond neral multifonksyonèl pou etidye aktivite rezo konplè -, espesyalman dinamik kriz malkadi nan rechèch epilepsi.
An rezime, chèchè yo te demontre yon fondri-founi sikwi entegre fotonik (PIC) platfòm pou devlope sond neral implantable ki kapab an menm tan fè anrejistreman elektwofizyolojik ak eksitasyon limyè model. Singularité pwofonde sa a se nan itilizasyon teknoloji nanofotonik entegre pou personnaliser modèl emisyon limyè pou ankouraje volim tisi diferan. Anplis de sa nan emisyon limyè ki ba -divèjans pou pwovoke aktivite Spike selilè, emeteur fèy limyè entegre a, ki distribye emisyon limyè sou tij sond la pou jenere lumières planè, ka pwolonje aplikasyon an nan sond neral fotonik Silisyòm nan plen -interwogasyon rezo nan pwofondè espesifik. Nan tan kap vini an, plis devlopman nan sond sa yo sipòte pi gwo emisyon pouvwa ak reyalize distribisyon limyè gaye toupatou ta ka itilize nan estimile pi gwo rejyon nan sèvo nan rat oswa bèt ki gen pi gwo sèvo. Atravè fabrikasyon fondri, chèchè yo espere ke yon nouvo jenerasyon enplantasyon neral multimodal pou eksitasyon ak anrejistreman neral multimodal ka pwodwi an mas-pou difizyon teknoloji sa a toupatou nan kominote nerosyans lan.
Lyen papye:
https://www.nature.com/articles/s44328-025-00024-3