Magnetoelectric Materials for Miniature, Wireless Neural Stimulation at Therapeutic Frequencies

神经调节 神经科学 光遗传学 刺激 磁刺激 脑深部刺激 压电 声学 物理 生物神经网络 材料科学 脑刺激 电磁线圈 脑植入物 生物医学工程
作者
Amanda Singer,Shayok Dutta,Eric Lewis,Ziying Chen,Joshua Chen,Nishant Verma,Benjamin W. Avants,Ariel K. Feldman,John J. O’Malley,Michael Beierlein,Caleb T. Kemere,Jacob T. Robinson
出处
期刊:Neuron [Cell Press]
卷期号:107 (4): 631-643.e5 被引量:204
标识
DOI:10.1016/j.neuron.2020.05.019
摘要

Summary A major challenge for miniature bioelectronics is wireless power delivery deep inside the body. Electromagnetic or ultrasound waves suffer from absorption and impedance mismatches at biological interfaces. On the other hand, magnetic fields do not suffer these losses, which has led to magnetically powered bioelectronic implants based on induction or magnetothermal effects. However, these approaches have yet to produce a miniature stimulator that operates at clinically relevant high frequencies. Here, we show that an alternative wireless power method based on magnetoelectric (ME) materials enables miniature magnetically powered neural stimulators that operate up to clinically relevant frequencies in excess of 100 Hz. We demonstrate that wireless ME stimulators provide therapeutic deep brain stimulation in a freely moving rodent model for Parkinson's disease and that these devices can be miniaturized to millimeter-scale and fully implanted. These results suggest that ME materials are an excellent candidate to enable miniature bioelectronics for clinical and research applications.

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