《IEEE Journal of Microwaves》：Wireless Power Transfer-Enabled Optogenetic Stimulation of Hypoglossal Motoneurons in Mice for Functional Studies in Obstructive Sleep Apnea
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本研究针对阻塞性睡眠呼吸暂停（OSA）传统疗法依从性差的问题，开发了一种基于13.56 MHz近场无线能量传输（WPT）的无电池、全无线光遗传学刺激平台。通过设计柔性多线圈发射阵列与植入式微型接收系统，实现了对小鼠舌下运动神经元的高精度光遗传调控，在体实验证实其可诱导舌肌收缩且辐射功率低至2.4 mW。该技术突破了传统光纤束缚的限制，为OSA的神经调控治疗提供了更符合自然行为研究的 preclinical 工具。
阻塞性睡眠呼吸暂停（Obstructive Sleep Apnea, OSA）是一种常见的睡眠相关呼吸障碍，其特征是睡眠中上气道反复塌陷，导致气流中断和血氧饱和度下降。OSA不仅引发日间嗜睡和生活质量下降，还与心血管疾病、代谢紊乱等严重并发症密切相关。目前，持续气道正压通气（Continuous Positive Airway Pressure, CPAP）是OSA的标准疗法，但患者因舒适度差、设备噪音等问题，依从性普遍较低。近年来，舌下神经电刺激作为一种替代疗法显示出潜力，但其侵入性高且仅适用于部分患者。在此背景下，光遗传学（optogenetics）技术因其能对特定神经元群体进行高时空精度调控而备受关注，尤其适用于靶向调控舌下运动神经元以维持气道通畅。然而，传统光遗传学平台依赖光纤缆束缚动物活动，易引发组织炎症，且限制长期自然行为观察。
为解决上述问题，意大利博洛尼亚大学Giacomo Paolini团队在《IEEE Journal of Microwaves》发表研究，提出了一种基于无线能量传输（Wireless Power Transfer, WPT）的无电池光遗传学刺激平台，用于自由活动小鼠的舌下神经元调控。该平台通过柔性多线圈发射阵列（工作频率13.56 MHz）与植入式微型接收器（重量<0.6 g）实现能量传输，驱动微型发光二极管（μ-LED）刺激舌下核团，无需外部电池或物理连接。
关键技术方法包括：1. 设计覆盖小鼠饲养笼的共形多线圈发射系统，通过电磁仿真优化磁场均匀性；2. 开发鞍形背植入式双接收线圈，提升对动物体位变化的耐受性；3. 集成整流电路与低压差线性稳压器（LDO），将射频能量转化为稳定直流电驱动μ-LED；4. 通过立体定位技术将病毒载体（AAV-hSyn-hChR2(H134R)-EYFP）注射至小鼠舌下核团，表达光敏感通道蛋白ChR2；5. 利用舌肌电图（ggEMG）记录光刺激诱导的肌肉活动。
研究结果
WPT链路性能验证
通过全波电磁仿真和实验测量，研究团队评估了发射线圈与接收线圈在不同相对位置下的耦合系数与传输效率。结果显示，在发射功率为1.5 W时，即使在小鼠处于笼内最不利位置（如俯卧或侧卧），接收器仍能提供≥20 mW的直流功率，满足μ-LED工作需求。双接收线圈设计显著降低了对动物运动引起的错位敏感性，射频-直流转换效率最高达6%。
在体光遗传刺激效果
在麻醉小鼠模型中，研究人员将μ-LED精准植入舌下核团，并施加1 Hz与5 Hz的光脉冲刺激。舌肌电图记录显示，光刺激可诱发明显的舌肌收缩反应，且响应幅度显著高于自然收缩活动。短时ggEMG信号积分分析进一步证实，即使仅需2.4 mW的辐射功率，也能有效激活神经元，验证了系统的生理有效性。
结论与意义
本研究成功开发了一种轻量化、全无线光遗传学刺激平台，通过WPT技术实现了对OSA小鼠模型舌下运动神经元的无电池调控。该系统克服了传统光纤系统的侵入性限制，允许动物在自然状态下进行长期行为研究，为睡眠呼吸障碍的机制探索和治疗策略优化提供了重要工具。未来通过集成更高效的μ-LED与生物相容性封装材料，该平台有望推动神经调控疗法向临床转化，为下一代低侵入性 neuromodulation 技术奠定基础。
