用于高时空平移光刺激的单片硅

作者

李鹏菊,张静,林秀典,岳继平,李温,杨传旺,孙昌旭,石久云,犹大·胡伯曼-施莱斯,日比野火影忍者 & 田博智

摘要

基于电极的电刺激是多种临床生物电子设备的基础，包括深部脑刺激器和心脏起搏器.然而，无导线多位点刺激受到电极阵列的技术困难和空间访问限制的限制。光遗传学提供具有高时空能力的光学控制随机访问，但临床转化带来了挑战.在这里，我们展示了使用基于半导体生物调节接口的非遗传平台对心脏系统的可调时空光刺激。通过光电化学电流的时空剖析，我们评估了四种无铅硅基单片光电化学器件中光刺激的幅度、精度、准确度和分辨率。我们通过靶向多个区域和空间范围的培养心肌细胞的光学超速起搏、Langendorff 装置中的分离大鼠心脏、缺血模型中的体内大鼠心脏和具有经胸光学起搏的体内小鼠心脏模型来展示设备的光电能力。据我们所知，我们还在体内对猪心脏进行了第一个光学覆盖起搏和多位点起搏。我们的系统很容易适应使用我们定制的内窥镜输送设备的微创临床程序，我们用它来演示闭胸手术和内窥镜光学刺激。我们的研究结果表明，无导线、轻量级和多位点光刺激平台作为心脏再同步化治疗起搏器的临床潜力，其中导联放置并发症很常见。