「光で動作する人工網膜」を開発――微小太陽電池と立体カーボン電極を組み合わせたデバイスによって網膜の活性化に成功

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2026-09-09 国立遺伝学研究所

微小な太陽電池と熱分解カーボン製の3次元電極を高密度に集積した「光起電力型人工網膜」が開発された。光を電気エネルギーへ変換する微小太陽電池により、網膜へ直接電気刺激を与える仕組みで、視細胞が失われる網膜色素変性症などへの応用が期待される。国立遺伝学研究所、オーフス大学、デンマーク工科大学、オーフス大学病院の国際共同研究チームは、近赤外光を照射することで発生した電気刺激により、摘出したマウスおよびブタの網膜で神経活動を誘発できることを実証した。従来技術に対し、3次元カーボン電極と高密度シリコン太陽電池を組み合わせた構造が特徴で、網膜への効率的な刺激と人工網膜の高性能化につながる可能性がある。

「光で動作する人工網膜」を開発――微小太陽電池と立体カーボン電極を組み合わせたデバイスによって網膜の活性化に成功
微小太陽電池と3次元カーボン電極で構成される光起電力型人工網膜

<関連情報>

高密度シリコン太陽電池アレイ上に集積された熱分解炭素マイクロ電極を用いたマウスおよびブタ網膜の光起電力刺激 Photovoltaic Stimulation of Mouse and Pig Retina With Pyrolytic Carbon Microelectrodes Integrated on High-Density Silicon Solar Cell Arrays

Akihiro Matsumoto, Pratik Kusumanchi, Jesper Guldsmed Madsen, Asbjørn Cortnum Jørgensen, Gisele Alves dos Reis Benatto, Sune Thorsteinsson, Peter Behrensdorff Poulsen, …
Advanced Healthcare Materials  Published: 25 August 2026
DOI:https://doi.org/10.1002/adhm.71651

ABSTRACT

In this work, we introduce carbon as a novel electrode material in retinal prosthesis. We fabricate Si-based photovoltaic retinal implants with single p-n junctions in 40 µm and 200 µm pixels and successfully integrate pyrolytic carbon electrodes. Single pixels provide an open-circuit voltage of up to 0.5 V under near-infrared (NIR) illumination, demonstrating the functionality of the miniaturized solar cells despite the high thermal budget of the pyrolysis process. In electrophysiological ex vivo experiments with mouse retinal tissue, the intra- and extracellular spike activity significantly increased upon NIR-induced photovoltaic stimulation with the retinal implant compared to spontaneous activity, while spike amplitudes were comparable to the natural response to white light. The absence of action potentials after subsequent blocking of Na channels with tetrodotoxin confirmed the biological nature of the signals recorded during stimulation. Furthermore, spike amplitudes of evoked potentials were slightly higher for carbon electrodes compared to Au counterparts. Photovoltaic retinal implants with 3D carbon pillar electrodes were explored for ex vivo stimulation of porcine retinal tissue, confirming their ability to evoke action potentials in retinal neurons. The results demonstrate the potential of miniaturized photovoltaic pixels with 3D pyrolytic carbon electrodes.

医療・健康
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