近日，中国科学院上海微系统与信息技术研究所孙鎏炀团队开发出一种基于混合上转换纳米颗粒-光伏材料（HUP）的非侵入式深脑神经调控技术。该技术创新性地在野生型小鼠中实现无需电极植入、无需基因修饰的深部脑区神经调控，为神经科学研究和神经系统疾病治疗提供了全新方法。成果于2025年6月13日以“Instant noninvasive near-infrared deep brain stimulation using optoelectronic nanoparticles without genetic modification”为题在线发表在国际顶尖期刊《Science Advances》上。论文链接：https://www.science.org/doi/epdf/10.1126/sciadv.adt4771。

图1. 光电转换纳米颗粒联合近红外光实现自由活动小鼠深部脑刺激

研究团队巧妙结合上转换纳米颗粒（UCNP）与光伏材料缺陷氧化钨（WO_3-x）的优势：UCNP将穿透深度高的近红外光转换为蓝光，WO_3-x再将蓝光转化为局部电刺激，通过“近红外光穿透+光电转换”机制突破传统技术的侵入性与依赖基因修饰限制（图1）。体外实验结果显示，HUP处理组的神经元在近红外光照射下立即产生动作电位，单次光脉冲可触发多个动作电位发放；进一步在体实验中，小鼠内侧隔核注射HUP后，近红外刺激能够使海马同步θ振荡并显著抑制癫痫模型中的海马高频振荡（图2），c-Fos阳性细胞比例显著增加；在腹侧被盖区注射HUP后，Y迷宫实验显示小鼠对光刺激区域偏好时间高达78%，实时电化学检测证实多巴胺释放量较对照组显著提升（图3）。

图2. 近红外刺激同步θ振荡并显著抑制癫痫模型中的海马高频振荡

与传统光遗传技术相比，HUP系统具有三大显著优势：无创、便捷、高效。其快速响应特性可大幅提升实验效率，为癫痫、抑郁症等重大脑疾病治疗及神经网络机制研究等领域提供新的途径。

图3. 小鼠条件位置偏好与在体多巴胺释放量检测

论文第一作者为中国科学院上海微系统与信息技术研究所博士后靳爽博士，通讯作者为中国科学院上海微系统与信息技术研究所孙鎏炀青年研究员。该研究工作得到了国家重点研发计划（2021ZD0201600）、国家自然科学基金（62305368）、上海市市级科技重大专项（2021SHZDZX）等支持。