奈良先端科学技術大学院大学（奈良先端大、学長：横矢 直和）先端科学技術研究科 物質創成科学領域の徳田 崇 准教授（兼任：ＪＳＴ 戦略的創造研究推進事業 さきがけ研究者）らの研究グループは、生体内で神経を光刺激するための世界最小のワイヤレス型デバイスを開発しました。
生命現象を光で操作する技術は光遺伝学（オプトジェネティクス）と呼ばれ、近年飛躍的な発展を遂げています。オプトジェネティクスでは、光を生体内の狙った部位に届けるための多様な技術が提案・実現されています。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、実験動物の負担を減らし、自由に行動させながら脳科学実験を行えるため、大きな期待が寄せられています。
オプトジェネティクスでは青色による光刺激が特に重要ですが、青色光は生体内にほとんど入っていきません。本研究では、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）を駆動して神経刺激光を発生させる手法をとりました。このため、最も一般的な半導体集積回路製造技術である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・制御チップを開発し、青色ＬＥＤなどと組み合わせて体積約１ｍｍ３、重量２．３ｍｇのワイヤレス型光刺激デバイスを実現しました。この技術により、脳科学・神経科学、ひいては創薬・医療分野の発展につながると期待されます。
本研究は、奈良先端科学技術大学院大学の太田 淳 教授、モントリオール理工科大学のＭｏｈａｍａｄ Ｓａｗａｎ（モハマド・サワン）教授らと共同で行ったものであり、米国オンライン科学誌「ＡＩＰ Ａｄｖａｎｃｅｓ」に２０１８年４月２０日（米国東部時間）付けで掲載されます。
本成果は、以下の事業・研究領域・研究課題によって得られました。
ＪＳＴ 戦略的創造研究推進事業 個人型研究（さきがけ）
研究領域：「生命機能メカニズム解明のための光操作技術」
（研究総括：七田 芳則 立命館大学 総合科学技術研究機構 客員教授／京都大学 名誉教授）
研究課題名：完全ワイヤレス・インプランタブル光操作デバイスの実現
研究者：徳田 崇（奈良先端科学技術大学院大学 准教授）
研究実施場所：奈良先端科学技術大学院大学・モントリオール理工科大学
研究期間：平成２８年１０月～平成３２年３月
ＪＳＴは本領域で、光によって生体を制御する革新的な技術の開発を目的とします。
上記研究課題では、生体内マイクロエレクトロニクスデバイス技術によって、オプトジェネティクスに応用できる光操作デバイスの実現を目指します。
＜研究の背景と経緯＞
今世紀に入って始まったオプトジェネティクスは急激な進歩を遂げ、脳神経科学をはじめとするバイオ分野の重要なツールとなっています。オプトジェネティクスでは、脳などの神経細胞に遺伝子操作を施し、光感受性タンパク）を発現させて光感受性を付与します。ＣｈＲ２）などの代表的な光感受性タンパクは青色から緑色の光に反応します（波長０．４５～０．６µｍ程度）が、この波長域の光は生体透過性が低いため、狙った場所を光刺激するために生体埋め込み型の光刺激技術が必要となります。当初は光ファイバーを利用した有線型光刺激が使われていましたが、現在は、小型・軽量・ワイヤレスの生体埋め込み光刺激技術の開発に多くの研究グループがしのぎを削っています。これまで多くの研究グループから、カード型乗車券などにも用いられている電磁波によるエネルギー伝送を用いた生体埋め込み型光刺激デバイスが報告されています。しかし電磁波による電力伝送は、デバイスサイズが１ｍｍ付近に至ると極端に効率が低下します。これは、電磁波を受信するアンテナのサイズがエネルギー伝送効率に直結するためです。
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