一種基于光遺傳學(xué)的無(wú)線神經(jīng)調(diào)控裝置制造方法及圖紙

本發(fā)明專利技術(shù)涉及醫(yī)療器械技術(shù)，具體涉及一種基于光遺傳學(xué)的無(wú)線神經(jīng)調(diào)控裝置，包括病毒載體，病毒載體攜帶啟動(dòng)子、光敏感蛋白和熒光蛋白，啟動(dòng)子用于在特定目標(biāo)組織特異性表達(dá)光敏感蛋白，實(shí)現(xiàn)特異性精準(zhǔn)控制，光敏感蛋白是發(fā)揮作用的關(guān)鍵；還包括LED發(fā)光模塊和無(wú)線調(diào)控裝置；LED發(fā)光模塊包括LED陣列和能量接收系統(tǒng)；無(wú)線調(diào)控裝置包括能量發(fā)射系統(tǒng)和控制器；能量發(fā)射系統(tǒng)向能量接收系統(tǒng)傳遞能量；LED陣列和能量接收系統(tǒng)均封裝于生物相容性絕緣材料中，設(shè)置在貼近病毒載體所在的目標(biāo)組織處。該裝置實(shí)現(xiàn)了光遺傳學(xué)刺激系統(tǒng)的無(wú)線供能和遠(yuǎn)程控制。具有小型化，無(wú)線調(diào)控，產(chǎn)熱少的，對(duì)靶組織損傷小特點(diǎn)，光遺傳學(xué)所能應(yīng)用的領(lǐng)域均可使用該裝置。

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.

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
一種基于光遺傳學(xué)的無(wú)線神經(jīng)調(diào)控裝置
本專利技術(shù)屬于醫(yī)療器械
，尤其涉及一種基于光遺傳學(xué)的無(wú)線神經(jīng)調(diào)控裝置。
技術(shù)介紹
光遺傳學(xué)（optogenetics）是近幾年正在迅速發(fā)展的一項(xiàng)整合了光學(xué)、軟件控制、基因操作技術(shù)、電生理等多學(xué)科交叉的生物工程技術(shù)。其主要原理是首先采用基因操作技術(shù)將光感基因轉(zhuǎn)入到特定細(xì)胞中進(jìn)行光敏感蛋白的表達(dá)，光敏感蛋白在相應(yīng)波長(zhǎng)的光照刺激下會(huì)分別對(duì)陽(yáng)離子或者陰離子的通過(guò)產(chǎn)生選擇性，從而造成細(xì)胞膜內(nèi)外的膜電位發(fā)生變化，達(dá)到對(duì)細(xì)胞選擇性地興奮或者抑制的目的，從而對(duì)細(xì)胞、組織、器官和生物體的生理功能實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)調(diào)控。光遺傳學(xué)技術(shù)在神經(jīng)科學(xué)等領(lǐng)域得到了迅速發(fā)展，2010年該技術(shù)入選《NatureMethods》雜志2010年年度方法，并被認(rèn)為是最有希望獲得諾貝爾生物學(xué)獎(jiǎng)的技術(shù)之一。自主神經(jīng)系統(tǒng)雖然不受意識(shí)支配，但在維持機(jī)體生命健康方面發(fā)揮重要作用，比如不同狀態(tài)下呼吸、心率、血壓的變化均由自主神經(jīng)控制。自主神經(jīng)的交感、迷走成分互相拮抗，二者之間的平衡對(duì)維持機(jī)體健康十分重要。經(jīng)過(guò)大量基礎(chǔ)和臨床研究，發(fā)現(xiàn)心臟自主神經(jīng)系統(tǒng)的失平衡尤其是交感神經(jīng)的過(guò)度興奮參與并介導(dǎo)了心律失常、心力衰竭、心肌梗死、高血壓等多種疾病的發(fā)生發(fā)展。因此通過(guò)各種手段調(diào)控自主神經(jīng)使其再平衡十分重要，而目前對(duì)心臟自主神經(jīng)再平衡的方法多為消融、切除等損毀方法，容易產(chǎn)生副作用，使用光遺傳學(xué)技術(shù)調(diào)控自主神經(jīng)不僅不損傷神經(jīng)，而且可以做到精準(zhǔn)、可控。但目前的光遺傳學(xué)刺激系統(tǒng)多為有線設(shè)置，需要一根光纖連到體外，難以在臨床推廣，即使動(dòng)物實(shí)驗(yàn)也存在對(duì)其活動(dòng)的限制等不足。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本專利技術(shù)的目的是提供一種無(wú)線供能的光遺傳學(xué)刺激系統(tǒng)，能夠利用連接wifi并通過(guò)APP進(jìn)行交互，從而實(shí)現(xiàn)無(wú)線調(diào)控。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本專利技術(shù)采用的技術(shù)方案是：一種基于光遺傳學(xué)的無(wú)線神經(jīng)調(diào)控裝置，包括病毒載體，所述病毒載體攜帶啟動(dòng)子、光敏感蛋白和熒光蛋白植入目標(biāo)組織，所述啟動(dòng)子用于在特定目標(biāo)組織特異性表達(dá)光敏感蛋白，實(shí)現(xiàn)特異性精準(zhǔn)控制，所述熒光蛋白用于確認(rèn)充分表達(dá)；其特征在于，還包括LED發(fā)光模塊和無(wú)線調(diào)控裝置；所述LED發(fā)光模塊包括LED陣列和能量接收系統(tǒng)；所述無(wú)線調(diào)控裝置包括能量發(fā)射系統(tǒng)和控制器；所述能量發(fā)射系統(tǒng)向所述能量接收系統(tǒng)傳遞能量；所述LED陣列和能量接收系統(tǒng)均封裝于生物相容性絕緣材料中，設(shè)置在貼近所述病毒載體所在的目標(biāo)組織處。在上述的基于光遺傳學(xué)的無(wú)線神經(jīng)調(diào)控裝置中，所述LED陣列包括數(shù)個(gè)LED；所述能量接收系統(tǒng)包括設(shè)置在所述數(shù)個(gè)LED周圍的多個(gè)天線，所述多個(gè)天線依次連接整流器和放大器；所述放大器連接數(shù)個(gè)LED。在上述的基于光遺傳學(xué)的無(wú)線神經(jīng)調(diào)控裝置中，所述能量發(fā)射系統(tǒng)包括依次連接的供電系統(tǒng)、逆變器、控制模塊和RF發(fā)射單元；所述控制器包括相互連接的控制面板、wifi接收模塊、集成芯片，程序內(nèi)置APP；所述能量發(fā)射系統(tǒng)與控制器連接且封裝在同一個(gè)外殼里。在上述的基于光遺傳學(xué)的無(wú)線神經(jīng)調(diào)控裝置中，所述控制模塊用于調(diào)節(jié)刺激參數(shù)，發(fā)出矩陣波；所述刺激參數(shù)包括刺激電壓、刺激電流、刺激脈寬、間歇時(shí)間、持續(xù)時(shí)間。在上述的基于光遺傳學(xué)的無(wú)線神經(jīng)調(diào)控裝置中，所述無(wú)線調(diào)控裝置采用內(nèi)置電池或外接電源。在上述的基于光遺傳學(xué)的無(wú)線神經(jīng)調(diào)控裝置中，所述病毒載體包括慢病毒和腺相關(guān)病毒；所述腺相關(guān)病毒包括AAV1、AAV2、AAV3、AAV4、AAV5、AAV6、AAV7、AAV8、AAV9，根據(jù)目標(biāo)組織選用病毒亞型。在上述的基于光遺傳學(xué)的無(wú)線神經(jīng)調(diào)控裝置中，所述光敏感蛋白選用興奮性光敏感蛋白、抑制性光敏感蛋白、雙向調(diào)節(jié)光敏感蛋白。在上述的基于光遺傳學(xué)的無(wú)線神經(jīng)調(diào)控裝置中，所述興奮性光敏感蛋白若選用ChR2，則所述LED陣列發(fā)射470nm左右波長(zhǎng)的光線；若選用VChR1，則所述LED陣列發(fā)射545nm左右波長(zhǎng)的光線；若選用C1V1，則所述LED陣列發(fā)射540nm左右波長(zhǎng)的光線；所述抑制性光敏感蛋白若選用ArchT，則所述LED陣列發(fā)射565nm左右波長(zhǎng)的光線；若選用eNpHR3.0，則所述LED陣列發(fā)射590nm左右波長(zhǎng)的光線；若選用eBR，則所述LED陣列發(fā)射540nm左右波長(zhǎng)的光線；所述雙向調(diào)節(jié)光敏感蛋白若選用ChR2-stepfunctionopsins，則所述LED陣列發(fā)射470nm附近波長(zhǎng)光線激活，發(fā)射590nm附近波長(zhǎng)光線抑制；若選用VCHR-stepfunctionopsins，則所述LED陣列發(fā)射560nm附近波長(zhǎng)光線激活，發(fā)射390nm附近波長(zhǎng)光線抑制。在上述的基于光遺傳學(xué)的無(wú)線神經(jīng)調(diào)控裝置中，所述光敏感蛋白既可通過(guò)病毒載體在目標(biāo)組織中特異性表達(dá)，也可在動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中通過(guò)轉(zhuǎn)基因動(dòng)物模型、Cre-loxP系統(tǒng)使目標(biāo)組織表達(dá)光敏感蛋白。光敏感蛋白是基于光遺傳學(xué)的無(wú)線神經(jīng)調(diào)控裝置發(fā)揮作用的關(guān)鍵，被特定波長(zhǎng)光線激活后通道開(kāi)放，引起細(xì)胞膜內(nèi)外離子流動(dòng)，改變細(xì)胞膜電位，引起去極化、超級(jí)化，從而起興奮、抑制作用。本專利技術(shù)的有益效果是：實(shí)現(xiàn)了光遺傳學(xué)刺激系統(tǒng)的無(wú)線供能和遠(yuǎn)程控制。具有小型化，無(wú)線調(diào)控，產(chǎn)熱少，對(duì)靶組織損傷小的特點(diǎn)，光遺傳學(xué)所能應(yīng)用的領(lǐng)域均可使用該裝置。附圖說(shuō)明圖1為本專利技術(shù)一個(gè)實(shí)施例的整體結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本專利技術(shù)一個(gè)實(shí)施例的LED陣列和能量接收系統(tǒng)示意圖；圖3為本專利技術(shù)一個(gè)實(shí)施例的無(wú)線調(diào)控裝置及能量發(fā)射系統(tǒng)示意圖；圖4為本專利技術(shù)一個(gè)實(shí)施例的能量發(fā)射系統(tǒng)和能量接收系統(tǒng)連接示意圖；圖5為本專利技術(shù)一個(gè)實(shí)施例的工作流程示意圖；其中，101-無(wú)線調(diào)控裝置、102-無(wú)線射頻信號(hào)、103-LED發(fā)光模塊、104-左側(cè)星狀神經(jīng)節(jié)、105-LED陣列、106-LED發(fā)射特定波長(zhǎng)光線、201-能量發(fā)射系統(tǒng)、202-能量接收系統(tǒng)及LED陣列、401-病毒載體注射示意圖、402-病毒載體、403-光照刺激作用機(jī)制圖。具體實(shí)施方式下面結(jié)合附圖對(duì)本專利技術(shù)的實(shí)施方式進(jìn)行詳細(xì)描述。本實(shí)施例采用如下技術(shù)方案：一種基于光遺傳學(xué)的無(wú)線神經(jīng)調(diào)控裝置，包括病毒載體，所述病毒載體攜帶啟動(dòng)子、光敏感蛋白和熒光蛋白植入目標(biāo)組織，所述啟動(dòng)子用于在特定目標(biāo)組織特異性表達(dá)光敏感蛋白，實(shí)現(xiàn)特異性精準(zhǔn)控制，所述熒光蛋白用于確認(rèn)充分表達(dá)；其特征在于，還包括LED發(fā)光模塊和無(wú)線調(diào)控裝置；所述LED發(fā)光模塊包括LED陣列和能量接收系統(tǒng)；所述無(wú)線調(diào)控裝置包括能量發(fā)射系統(tǒng)和控制器；所述能量發(fā)射系統(tǒng)向所述能量接收系統(tǒng)傳遞能量；所述LED陣列和能量接收系統(tǒng)均封裝于生物相容性絕緣材料中，設(shè)置在貼近所述病毒載體所在的目標(biāo)組織處。進(jìn)一步，所述LED陣列包括數(shù)個(gè)LED；所述能量接收系統(tǒng)包括設(shè)置在所述數(shù)個(gè)LED周圍的多個(gè)天線，所述多個(gè)天線依次連接整流器和放大器；所述放大器連接數(shù)個(gè)LED。進(jìn)一步，所述能量發(fā)射系統(tǒng)包括依次連接的供電系統(tǒng)、逆變器、控制模塊和RF發(fā)射單元；所述控制器包括相互連接的控制面板、wifi接收模塊、集成芯片，程序內(nèi)置APP；所述能量發(fā)射系統(tǒng)與控制器連接且封裝在同一個(gè)外殼里。進(jìn)一步，所述控制模塊用于調(diào)節(jié)刺激參數(shù)，發(fā)出矩陣波；所述刺激參數(shù)包括刺激電壓、刺激電流、刺激脈寬、間歇時(shí)間、持續(xù)時(shí)間。進(jìn)一步，所述無(wú)線調(diào)控裝置采用內(nèi)置電池或外接電源。進(jìn)一步，所述病毒載體包括慢病毒和腺相關(guān)病毒；所述腺相關(guān)病毒包括AAV1、AAV2、AAV3、AAV4、AAV5、A本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種基于光遺傳學(xué)的無(wú)線神經(jīng)調(diào)控裝置，包括病毒載體，所述病毒載體攜帶啟動(dòng)子、光敏感蛋白和熒光蛋白植入目標(biāo)組織，所述啟動(dòng)子用于在特定目標(biāo)組織特異性表達(dá)光敏感蛋白，實(shí)現(xiàn)特異性精準(zhǔn)控制，所述熒光蛋白用于確認(rèn)充分表達(dá)；其特征在于，還包括LED發(fā)光模塊和無(wú)線調(diào)控裝置；所述LED發(fā)光模塊包括LED陣列和能量接收系統(tǒng)；所述無(wú)線調(diào)控裝置包括能量發(fā)射系統(tǒng)和控制器；所述能量發(fā)射系統(tǒng)向所述能量接收系統(tǒng)傳遞能量；所述LED陣列和能量接收系統(tǒng)均封裝于生物相容性絕緣材料中，設(shè)置在貼近所述病毒載體所在的目標(biāo)組織處。

【技術(shù)特征摘要】
1.一種基于光遺傳學(xué)的無(wú)線神經(jīng)調(diào)控裝置，包括病毒載體，所述病毒載體攜帶啟動(dòng)子、光敏感蛋白和熒光蛋白植入目標(biāo)組織，所述啟動(dòng)子用于在特定目標(biāo)組織特異性表達(dá)光敏感蛋白，實(shí)現(xiàn)特異性精準(zhǔn)控制，所述熒光蛋白用于確認(rèn)充分表達(dá)；其特征在于，還包括LED發(fā)光模塊和無(wú)線調(diào)控裝置；所述LED發(fā)光模塊包括LED陣列和能量接收系統(tǒng)；所述無(wú)線調(diào)控裝置包括能量發(fā)射系統(tǒng)和控制器；所述能量發(fā)射系統(tǒng)向所述能量接收系統(tǒng)傳遞能量；所述LED陣列和能量接收系統(tǒng)均封裝于生物相容性絕緣材料中，設(shè)置在貼近所述病毒載體所在的目標(biāo)組織處。2.如權(quán)利要求1所述的基于光遺傳學(xué)的無(wú)線神經(jīng)調(diào)控裝置，其特征在于，所述LED陣列包括數(shù)個(gè)LED；所述能量接收系統(tǒng)包括設(shè)置在所述數(shù)個(gè)LED周圍的多個(gè)天線，所述多個(gè)天線依次連接整流器和放大器；所述放大器連接數(shù)個(gè)LED。3.如權(quán)利要求1所述的基于光遺傳學(xué)的無(wú)線神經(jīng)調(diào)控裝置，其特征在于，所述能量發(fā)射系統(tǒng)包括依次連接的供電系統(tǒng)、逆變器、控制模塊和RF發(fā)射單元；所述控制器包括相互連接的控制面板、wifi接收模塊、集成芯片，程序內(nèi)置APP；所述能量發(fā)射系統(tǒng)與控制器連接且封裝在同一個(gè)外殼里。4.如權(quán)利要求3所述的基于光遺傳學(xué)的無(wú)線神經(jīng)調(diào)控裝置，其特征在于，所述控制模塊用于調(diào)節(jié)刺激參數(shù)，發(fā)出矩陣波；所述刺激參數(shù)包括刺激電壓、刺激電流、刺激脈寬、間歇時(shí)間、持續(xù)時(shí)間。5.如權(quán)利要求1所述的基于光遺傳學(xué)的無(wú)線神經(jīng)調(diào)控裝置，其特征在于，所述無(wú)線調(diào)控裝置采用內(nèi)置電池或外接電源。6.如權(quán)利要求1所述的基于光遺傳學(xué)的無(wú)線神經(jīng)調(diào)控裝置...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：余鋰鐳，黃兵，江洪，周曉亞，孟冠南，王夢(mèng)龍，周麗平，李雪飛，袁申戌，王宇虹，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：武漢大學(xué)，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：湖北,42