無線医療インプラント向け光駆動人工葉を開発(Researchers build light-powered ‘artificial leaf’ for wireless medical implants)

2026-07-10 シカゴ大学(UChicago)

米国シカゴ大学の研究チームは、植物の光合成を模倣した「人工葉」を開発し、光エネルギーを利用して医療用インプラントへ無線給電する新技術を実証した。人工葉は半導体材料を用いて光を電気エネルギーへ高効率に変換し、外部電源や大型バッテリーを必要とせず、生体内デバイスへワイヤレスで電力を供給できる。従来のインプラントは電池交換や有線給電が課題であったが、本技術は低侵襲で長期間の安定動作を可能にすることが期待される。また、人工葉は生体組織への発熱を抑えながら十分な電力を供給でき、心臓ペースメーカーや神経刺激装置、各種バイオセンサーなどへの応用が見込まれる。研究チームは今後、給電効率や生体適合性をさらに向上させることで、次世代の小型・長寿命医療機器の実用化を目指すとしている。本研究は、生体内エネルギー供給技術とバイオエレクトロニクスの発展に向けた新たな可能性を示す成果である。

<関連情報>

ホットキャリア生体電子インターフェースのための自己組織化ナノプラズモニック人工葉 Self-organized nanoplasmonic artificial leaf for hot-carrier bioelectronic interfaces

Pengju Li,Mengzhan Liufu,Cooper R. Johnston,Young-Woo Pyo,Yuze Zheng,Guangqing Yang,Ananth Kamath,Ruipeng Li,Yuzi Liu,Carlos A. Z. Bassetto Jr,Jinxing Jiang,Ashley Arcidiacono,Chuanwang Yang,Tiantian Guo,Ji Wan,Jing Zhang,Zirui Zhou,Joseph Strzalka,Fengyuan Shi,Jiping Yue,Lance Emry,Jwwad Javed,Isabel Vargas-Hurlston,Richard D. Schaller,… Bozhi Tian

Nature Photonics  Published:24 June 2026

DOI:https://doi.org/10.1038/s41566-026-01949-5

無線医療インプラント向け光駆動人工葉を開発(Researchers build light-powered ‘artificial leaf’ for wireless medical implants)

Abstract

Without discrete pixels or wired leads, natural plant leaves respond to light and relay electrochemical signals to surrounding tissues through nanoscale chlorophyll-containing protein complexes—an elegant capability sought in next-generation leadless optoelectronic systems. Although semiconductors and their heterojunctions are commonly used to mimic photosynthesis, nanoplasmonic structures offer a largely untapped alternative. Harnessing plasmonic hot carriers for macroscopic systems remains challenging, limiting applications in tissue-level neuromodulation and human–machine interfaces. We introduce a hot-carrier artificial leaf optoelectronic device, formed by thermally self-organized three-dimensional gold-titanium dioxide units on ultrathin membranes. These nanoplasmonic interfaces enhance visible-light optoelectronic responsiveness at sub-100-nm thickness, support highly localized hot-carrier injection, and exhibit stable, linear performance over a wide range of light intensities, overcoming the material, bandgap and carrier diffusion limits of conventional semiconductors. The resulting nanoplasmonic devices enable leadless, multimodal optoelectronic modulation and pixel-less optical pattern recognition, presenting a potentially scalable platform for hot-carrier-enabled biomedical and human–machine interface technologies.

0403電子応用
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