硅二极管如何在不需要先对细胞进行基因改造的情况下操纵神经元
大约二十年前，出现了一种叫做光遗传学的策略，用激光控制大脑活动。它使用病毒将基因插入细胞中，使其对光敏感。光遗传学给研究人员提供了一种精确的方法来激发或抑制大脑回路，并阐明它们在大脑中发挥的作用，从而彻底改变了神经科学。然而，这项工作的一个关键缺点是，它通常只针对那些经过基因改造对光有反应的细胞。现在，中国的科学家们已经开发出一种新的方法，利用光来控制脑细胞，而没有这种限制，这可能会大大扩展这种光学方法的应用。
与以前控制神经元的方法相比，光遗传学有许多优势。事实证明，电学技术通常体积庞大而且具有侵入性，会引发炎症，而药物往往作用缓慢且不精确，具有不良的副作用。然而，光遗传学只对转基因细胞起作用，这一事实在很大程度上限制了它在实验室的研究。
在这项新研究中，研究人员用薄膜单晶硅二极管进行了实验。当用激光照射时，这种柔性光伏器件可以根据光的极性产生正电场或负电场。
在对实验室培养的神经元进行的测试中，硅二极管可以根据其正负电压来刺激或抑制神经活动。在对小鼠的实验中，这些硅二极管还可以刺激或抑制后腿和大脑中处理触觉的部分的神经活动。
研究人员建议这些硅薄膜可以通过能够穿透组织的近红外光，用于无线、无电池的神经元刺激。该研究的共同第一作者、北京清华大学的材料科学家和电气工程师邢胜说，潜在的应用包括操纵外周神经以控制肢体运动，操纵脊髓以缓解疼痛，操纵迷走神经以治疗癫痫，以及操纵视网膜以进行视觉修复。
第一行的图像显示了包裹在小鼠坐骨神经上的PLLA-PTMC上的硅薄膜的自然溶解情况。第二行的图像显示了小鼠大脑皮层上的硅薄膜的自然溶解。
By 邢胜
此外，这些器件是生物可吸收的，意味着它们会在体内自然溶解。因此，在它们完成任何计划的治疗目标后，不需要进行脑外科手术来提取它们。
"如今，脑机接口是非常热门的话题，" 邢胜说。"然而，大多数— 神经科学家专注于大脑部分；或电气工程师专注于机器部分。我们真的需要更多的人来解决接口问题，这是至关重要的关键。"
科学家们指出，他们还没有看到他们的器件对疾病模型有什么帮助。目前，"我们需要确定最适用的场景来使用我们的器件，并相应地设计系统，以满足体内应用，并满足临床级植入物的标准，" 邢胜说。
研究人员在9月5日的《自然生物医学工程》杂志上，详细介绍了他们的发现。
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