一种基于光遗传学的无线神经调控装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及医疗器械技术，具体涉及一种基于光遗传学的无线神经调控装置，包括病毒载体，病毒载体携带启动子、光敏感蛋白和荧光蛋白，启动子用于在特定目标组织特异性表达光敏感蛋白，实现特异性精准控制，光敏感蛋白是发挥作用的关键；还包括LED发光模块和无线调控装置；LED发光模块包括LED阵列和能量接收系统；无线调控装置包括能量发射系统和控制器；能量发射系统向能量接收系统传递能量；LED阵列和能量接收系统均封装于生物相容性绝缘材料中，设置在贴近病毒载体所在的目标组织处。该装置实现了光遗传学刺激系统的无线供能和远程控制。具有小型化，无线调控，产热少的，对靶组织损伤小特点，光遗传学所能应用的领域均可使用该装置。

A wireless neural control device based on light genetics

The present invention relates to the technology of medical instruments, in particular to a wireless control device based on Optical Neural Genetics, including viral vectors, virus vector carrying promoter, light sensitive protein and fluorescent protein, promoter for specific target tissue specific expression of light sensitive protein, specific precise control, light sensitive proteins play a key role; also includes the LED light emitting module and the wireless control device; the light emitting module comprises a LED LED array and energy receiving system; wireless control device comprises a power transmitting system and controller; energy transmission system to the energy receiving system of energy transfer and energy; LED array receiving system were encapsulated in biocompatible insulating material, is arranged in the target tissue located close to the viral vector. The device realizes the wireless energy supply and remote control of the optical genetics stimulation system. The utility model has the advantages of miniaturization, wireless regulation, little heat production, and small target tissue damage, and the field can be used in the field of optical genetics.

【技术实现步骤摘要】
一种基于光遗传学的无线神经调控装置
本专利技术属于医疗器械
，尤其涉及一种基于光遗传学的无线神经调控装置。
技术介绍
光遗传学（optogenetics）是近几年正在迅速发展的一项整合了光学、软件控制、基因操作技术、电生理等多学科交叉的生物工程技术。其主要原理是首先采用基因操作技术将光感基因转入到特定细胞中进行光敏感蛋白的表达，光敏感蛋白在相应波长的光照刺激下会分别对阳离子或者阴离子的通过产生选择性，从而造成细胞膜内外的膜电位发生变化，达到对细胞选择性地兴奋或者抑制的目的，从而对细胞、组织、器官和生物体的生理功能实现精准调控。光遗传学技术在神经科学等领域得到了迅速发展，2010年该技术入选《NatureMethods》杂志2010年年度方法，并被认为是最有希望获得诺贝尔生物学奖的技术之一。自主神经系统虽然不受意识支配，但在维持机体生命健康方面发挥重要作用，比如不同状态下呼吸、心率、血压的变化均由自主神经控制。自主神经的交感、迷走成分互相拮抗，二者之间的平衡对维持机体健康十分重要。经过大量基础和临床研究，发现心脏自主神经系统的失平衡尤其是交感神经的过度兴奋参与并介导了心律失常、心力衰竭、心肌梗死、高血压等多种疾病的发生发展。因此通过各种手段调控自主神经使其再平衡十分重要，而目前对心脏自主神经再平衡的方法多为消融、切除等损毁方法，容易产生副作用，使用光遗传学技术调控自主神经不仅不损伤神经，而且可以做到精准、可控。但目前的光遗传学刺激系统多为有线设置，需要一根光纤连到体外，难以在临床推广，即使动物实验也存在对其活动的限制等不足。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种无线供能的光遗传学刺激系统，能够利用连接wifi并通过APP进行交互，从而实现无线调控。为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：一种基于光遗传学的无线神经调控装置，包括病毒载体，所述病毒载体携带启动子、光敏感蛋白和荧光蛋白植入目标组织，所述启动子用于在特定目标组织特异性表达光敏感蛋白，实现特异性精准控制，所述荧光蛋白用于确认充分表达；其特征在于，还包括LED发光模块和无线调控装置；所述LED发光模块包括LED阵列和能量接收系统；所述无线调控装置包括能量发射系统和控制器；所述能量发射系统向所述能量接收系统传递能量；所述LED阵列和能量接收系统均封装于生物相容性绝缘材料中，设置在贴近所述病毒载体所在的目标组织处。在上述的基于光遗传学的无线神经调控装置中，所述LED阵列包括数个LED；所述能量接收系统包括设置在所述数个LED周围的多个天线，所述多个天线依次连接整流器和放大器；所述放大器连接数个LED。在上述的基于光遗传学的无线神经调控装置中，所述能量发射系统包括依次连接的供电系统、逆变器、控制模块和RF发射单元；所述控制器包括相互连接的控制面板、wifi接收模块、集成芯片，程序内置APP；所述能量发射系统与控制器连接且封装在同一个外壳里。在上述的基于光遗传学的无线神经调控装置中，所述控制模块用于调节刺激参数，发出矩阵波；所述刺激参数包括刺激电压、刺激电流、刺激脉宽、间歇时间、持续时间。在上述的基于光遗传学的无线神经调控装置中，所述无线调控装置采用内置电池或外接电源。在上述的基于光遗传学的无线神经调控装置中，所述病毒载体包括慢病毒和腺相关病毒；所述腺相关病毒包括AAV1、AAV2、AAV3、AAV4、AAV5、AAV6、AAV7、AAV8、AAV9，根据目标组织选用病毒亚型。在上述的基于光遗传学的无线神经调控装置中，所述光敏感蛋白选用兴奋性光敏感蛋白、抑制性光敏感蛋白、双向调节光敏感蛋白。在上述的基于光遗传学的无线神经调控装置中，所述兴奋性光敏感蛋白若选用ChR2，则所述LED阵列发射470nm左右波长的光线；若选用VChR1，则所述LED阵列发射545nm左右波长的光线；若选用C1V1，则所述LED阵列发射540nm左右波长的光线；所述抑制性光敏感蛋白若选用ArchT，则所述LED阵列发射565nm左右波长的光线；若选用eNpHR3.0，则所述LED阵列发射590nm左右波长的光线；若选用eBR，则所述LED阵列发射540nm左右波长的光线；所述双向调节光敏感蛋白若选用ChR2-stepfunctionopsins，则所述LED阵列发射470nm附近波长光线激活，发射590nm附近波长光线抑制；若选用VCHR-stepfunctionopsins，则所述LED阵列发射560nm附近波长光线激活，发射390nm附近波长光线抑制。在上述的基于光遗传学的无线神经调控装置中，所述光敏感蛋白既可通过病毒载体在目标组织中特异性表达，也可在动物实验中通过转基因动物模型、Cre-loxP系统使目标组织表达光敏感蛋白。光敏感蛋白是基于光遗传学的无线神经调控装置发挥作用的关键，被特定波长光线激活后通道开放，引起细胞膜内外离子流动，改变细胞膜电位，引起去极化、超级化，从而起兴奋、抑制作用。本专利技术的有益效果是：实现了光遗传学刺激系统的无线供能和远程控制。具有小型化，无线调控，产热少，对靶组织损伤小的特点，光遗传学所能应用的领域均可使用该装置。附图说明图1为本专利技术一个实施例的整体结构示意图；图2为本专利技术一个实施例的LED阵列和能量接收系统示意图；图3为本专利技术一个实施例的无线调控装置及能量发射系统示意图；图4为本专利技术一个实施例的能量发射系统和能量接收系统连接示意图；图5为本专利技术一个实施例的工作流程示意图；其中，101-无线调控装置、102-无线射频信号、103-LED发光模块、104-左侧星状神经节、105-LED阵列、106-LED发射特定波长光线、201-能量发射系统、202-能量接收系统及LED阵列、401-病毒载体注射示意图、402-病毒载体、403-光照刺激作用机制图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术的实施方式进行详细描述。本实施例采用如下技术方案：一种基于光遗传学的无线神经调控装置，包括病毒载体，所述病毒载体携带启动子、光敏感蛋白和荧光蛋白植入目标组织，所述启动子用于在特定目标组织特异性表达光敏感蛋白，实现特异性精准控制，所述荧光蛋白用于确认充分表达；其特征在于，还包括LED发光模块和无线调控装置；所述LED发光模块包括LED阵列和能量接收系统；所述无线调控装置包括能量发射系统和控制器；所述能量发射系统向所述能量接收系统传递能量；所述LED阵列和能量接收系统均封装于生物相容性绝缘材料中，设置在贴近所述病毒载体所在的目标组织处。进一步，所述LED阵列包括数个LED；所述能量接收系统包括设置在所述数个LED周围的多个天线，所述多个天线依次连接整流器和放大器；所述放大器连接数个LED。进一步，所述能量发射系统包括依次连接的供电系统、逆变器、控制模块和RF发射单元；所述控制器包括相互连接的控制面板、wifi接收模块、集成芯片，程序内置APP；所述能量发射系统与控制器连接且封装在同一个外壳里。进一步，所述控制模块用于调节刺激参数，发出矩阵波；所述刺激参数包括刺激电压、刺激电流、刺激脉宽、间歇时间、持续时间。进一步，所述无线调控装置采用内置电池或外接电源。进一步，所述病毒载体包括慢病毒和腺相关病毒；所述腺相关病毒包括AAV1、AAV2、AAV3、AAV4、AAV5、A本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于光遗传学的无线神经调控装置，包括病毒载体，所述病毒载体携带启动子、光敏感蛋白和荧光蛋白植入目标组织，所述启动子用于在特定目标组织特异性表达光敏感蛋白，实现特异性精准控制，所述荧光蛋白用于确认充分表达；其特征在于，还包括LED发光模块和无线调控装置；所述LED发光模块包括LED阵列和能量接收系统；所述无线调控装置包括能量发射系统和控制器；所述能量发射系统向所述能量接收系统传递能量；所述LED阵列和能量接收系统均封装于生物相容性绝缘材料中，设置在贴近所述病毒载体所在的目标组织处。

【技术特征摘要】
1.一种基于光遗传学的无线神经调控装置，包括病毒载体，所述病毒载体携带启动子、光敏感蛋白和荧光蛋白植入目标组织，所述启动子用于在特定目标组织特异性表达光敏感蛋白，实现特异性精准控制，所述荧光蛋白用于确认充分表达；其特征在于，还包括LED发光模块和无线调控装置；所述LED发光模块包括LED阵列和能量接收系统；所述无线调控装置包括能量发射系统和控制器；所述能量发射系统向所述能量接收系统传递能量；所述LED阵列和能量接收系统均封装于生物相容性绝缘材料中，设置在贴近所述病毒载体所在的目标组织处。2.如权利要求1所述的基于光遗传学的无线神经调控装置，其特征在于，所述LED阵列包括数个LED；所述能量接收系统包括设置在所述数个LED周围的多个天线，所述多个天线依次连接整流器和放大器；所述放大器连接数个LED。3.如权利要求1所述的基于光遗传学的无线神经调控装置，其特征在于，所述能量发射系统包括依次连接的供电系统、逆变器、控制模块和RF发射单元；所述控制器包括相互连接的控制面板、wifi接收模块、集成芯片，程序内置APP；所述能量发射系统与控制器连接且封装在同一个外壳里。4.如权利要求3所述的基于光遗传学的无线神经调控装置，其特征在于，所述控制模块用于调节刺激参数，发出矩阵波；所述刺激参数包括刺激电压、刺激电流、刺激脉宽、间歇时间、持续时间。5.如权利要求1所述的基于光遗传学的无线神经调控装置，其特征在于，所述无线调控装置采用内置电池或外接电源。6.如权利要求1所述的基于光遗传学的无线神经调控装置...

【专利技术属性】
技术研发人员：余锂镭，黄兵，江洪，周晓亚，孟冠南，王梦龙，周丽平，李雪飞，袁申戌，王宇虹，
申请(专利权)人：武汉大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42