Cobolt激光器助力新一代多功能神经探针，同步实现光刺激、电记录与药物递送

近日，一支由多国科学家组成的联合研究团队在《微系统与纳米工程》期刊上发表了一项突破性成果。他们成功研发出一种新型的多功能、可植入式硅基纳米光子神经探针。该探针史无前例地将光遗传学刺激、电生理信号记录和微流控药物递送三大核心功能集成于一根比头发丝还细的探针上，为脑科学和神经疾病（如癫痫）研究提供了强大的新工具。

值得关注的是，瑞典Cobolt公司的 06-MLD 488 nm 二极管激光器作为核心光源，在该研究中扮演了至关重要的角色，为实现精准、可控的光遗传学刺激提供了稳定可靠的技术保障。

多功能神经探针

长期以来，理解大脑复杂的工作机制是科学界面临的巨大挑战。科学家们需要同时“观察”（记录神经电信号）、“调控”（刺激特定神经元）和“干预”（递送药物）大脑的特定区域。然而，以往的神经探针往往功能单一，集成度低，难以在不损伤脑组织的前提下实现多维度的同步研究。

这项新研究取得了里程碑式的进展。研究团队利用先进的硅光子学代工工艺，在单根探针上集成了：

• 16个氮化硅光栅耦合发射器：用于向大脑特定区域精准输送光信号。
• 18个氮化钛微电极：用于实时捕捉神经元产生的微弱电信号。
• 1个嵌入式微流控通道：用于将微量药物或化学制剂精确注射到目标脑区。

图1 多模态神经探针的概念示意图。a 包装好的神经探针及其外围光学系统、电生理记录系统和流体子系统的体内实验示意图。b 神经探针工作原理示意图：光束从光学发射器发出进行靶向光刺激，同时流体通过嵌入式微流控通道注入。分布在发射器及微流控出口附近的微电极可检测由光/化学刺激引发的神经活动变化（未按比例绘制）。

图2 神经探针的设计与制造。a 神经探针制造过程的横截面示意图（未按比例绘制）。b 直径为200毫米的神经探针晶圆照片；为提高清晰度已去除背景。c 神经探针与硬币并置的照片。d 包装前神经探针芯片的光学显微照片。e 带有光发射光栅耦合器的神经探针柄放大视图。f 集成微流控通道的横截面扫描电子显微照片。g 两层SiN波导的横截面透射电子显微照片。

这种“三合一”的设计，使得研究人员能够在活体小鼠实验中，首次通过一根探针完成“诱导癫痫发作 -> 光刺激抑制癫痫 -> 全程监测脑电变化”的闭环实验，极大地提升了实验效率和数据的关联性。

Cobolt激光器

光遗传学是本研究的核心技术之一。它通过基因技术让特定神经元表达对光敏感的蛋白，然后用特定波长的光进行照射，从而精确地“打开”或“关闭”这些神经元。

在这项研究中，蓝光（488 nm）是激活光敏蛋白ChR2的关键。论文明确提到，实验的光学子系统使用了来自瑞典Cobolt公司的 06-MLD 488 nm 波长二极管激光器作为光源。

那么，Cobolt激光器具体是如何工作，又发挥了怎样的关键作用呢？

1. 提供稳定、高质量的激发光源：Cobolt 06-MLD激光器以其高稳定性、低噪声和卓越的光束质量著称。它为整个系统提供了纯净的488 nm激光束，这是实现精准光遗传学刺激的基础。论文中提到的发射器出光功率高达约4.9 µW，足以激活目标神经元，而这背后离不开一个高效、稳定的初始光源。

2. 赋能空间选择性光刺激：实验中，Cobolt激光器发出的光束并非直接照射大脑，而是通过一个计算机控制的激光扫描系统，耦合进一根特制的16芯光纤。这根光纤的每一个纤芯都与神经探针上的一个特定发射器对准。通过精准控制Cobolt激光器发出的光进入不同的纤芯，研究人员可以在16个不同的发射点之间任意切换，从而实现在大脑不同深度、不同位置的空间选择性光刺激。论文中的图4清晰地展示了，当不同位置的发射器点亮时，临近的神经元被激活，而远处的神经元则没有反应。Cobolt激光器灵活的操控性，为这种“指哪打哪”的精准刺激提供了可能。

3. 支持复杂的光刺激模式：为了研究癫痫的抑制机制，研究人员设计了多种复杂的光刺激模式，包括30毫秒的短脉冲、长达10秒的连续波光脉冲等。Cobolt激光器通过接收外部快门和数字调制的指令，能够快速、精确地生成这些不同脉宽和频率的光脉冲序列。正是这种可靠的可编程控制能力，使得研究人员能够验证“连续波光刺激可以有效抑制局部癫痫活动”这一重要发现。

从概念到活体验证

研究团队在清醒的转基因小鼠（Thy1-ChR2-EYFP）上进行了一系列严谨的实验，Cobolt激光器全程参与并见证了这些成果：

• 光刺激与电记录验证：通过Cobolt激光器提供的488 nm光进行刺激，探针成功地在小鼠运动皮层诱发了强烈的神经元放电活动，并清晰地记录了单个神经元的动作电位波形，证明了光刺激模块与电记录模块协同工作的有效性。
• 药物诱导癫痫与光刺激抑制：研究人员利用探针的微流控通道，向小鼠脑内精确注射了致痫剂4-氨基吡啶，成功诱发了癫痫样脑电活动。随后，他们利用Cobolt激光器进行连续波蓝光刺激，结果在绝大多数情况下，癫痫样活动的功率显著降低，成功实现了对局部癫痫发作的即时抑制。论文数据显示，在超过77.5%的测试中，光刺激期间的癫痫活动都得到了有效抑制。

这项研究不仅展示了新一代神经探针的强大功能，也再次印证了高性能激光器在尖端生命科学研究中不可或缺的价值。Cobolt 06-MLD激光器以其稳定、精准和可靠的性能，完美地融入了这一复杂的光、电、流一体化系统，为科学家探索大脑奥秘、攻克神经疾病提供了坚实的技术基石。

参考论文：《Nanophotonic neural probes for in vivo photostimulation, electrophysiology, and microfluidic delivery》https://doi.org/10.1038/s41378-026-01192-6