硅基OLED技术助力人工耳蜗植入技术革新

硅基OLED技术助力人工耳蜗植入技术革新

近日，弗劳恩霍夫光子微系统研究所（Fraunhofer IPMS）和马克斯-普朗克多学科自然科学研究所（MPI-NAT）的研究人员，为未来人工耳蜗植入设计了新型光刺激器。作为两家机构合作的NeurOpto项目的一部分，新型发射器将在耶拿举行的W3+会议上展出。

这一突破基于硅基有机发光二极管技术，弗劳恩霍夫多年来一直在研究该技术用于显示器和其他用途。将OLED发光体置于硅基板上，可以制造出更小的发光像素，并在给定的显示区域内安装更多的像素。

IPMS现已利用硅基OLED方法制造出一种CMOS集成像素化OLED微型传感器，能够单独控制空间分布的光通道，像素密度高、亮度高、功耗低。根据该项目，这对新型人工耳蜗尤其有价值，因为它是对传统电子植入物的一种改进。传统电子植入物试图将声音转化为电脉冲，并将其传递给患者的听觉神经元，从而在一定程度上恢复患者失去的听力。

众所周知，光子学是一种很有前途的替代方法。听觉神经元天生对光不敏感，但光遗传学的发展可以诱导神经元表达光敏蛋白，然后通过光脉冲刺激神经元。2020年，哥廷根大学展示了一种用于听觉治疗的光学人工耳蜗（oCI），其特点是由10个LED芯片组成的线性阵列，每个LED芯片的尺寸为270×220微米，发光波长为457纳米。弗劳恩霍夫的新研究试图利用硅基有机发光二极管技术，生产用于类似目的的改进型发射器。

用于光遗传学的硅基有机发光二极管技术

精确控制的光刺激

IPMS的Uwe Vogel说：利用硅基有机发光二极管技术，我们可以在芯片上实现微小的、局部可控的光像素。这种芯片可以灵活设计，即使在耳蜗这样的弯曲结构中也能到达所需的位置。这使得光可以精确地用于仅靠电刺激是不够的地方。

在电耳蜗植入中，每个电极接触不仅会刺激相关细胞，还会刺激编码不同频率的更远的神经细胞，严重限制了在背景噪音中的语音识别和音乐欣赏。由于可以更精确地控制光线，因此开放式人工耳蜗可以克服这一问题。

据IPMS称，新设计还可以通过沿耳蜗频轴方向的数十个微型光发射器，增加可利用的独立频段数量，这些光发射器最好可以单独控制。MPI-NAT多年来一直与学术界和工业界的合作伙伴共同致力于oCI和基因疗法的开发。

该项目负责人指出，尽管IPMS已经利用其用于微显示屏的硅基有机发光二极管技术推出了独特的功能，这些功能对于光遗传学也很重要，但仍然存在一些挑战。必要的亮度和集成度已经得到成功验证，但灵活性和生物兼容性尚未得到验证。所使用的硅微技术表明，这些特性总体上是可以实现的。