Novel optoelectronic and plasmonic bulk heterojunction neurointerfaces for controlled capacitive charge transfer

Yapay sinir aktivitesi kontrolü, karmaşık sinir ağlarını anlamaya ve nörolojik bozuklukların tedavisini iyileştirmeye izin verir. Işık, biyolojik sistemlerle invazif olmayan bir iletişim tetikleyicisidir. Yapay fotoaktif cihazlar aracılığıyla ışığın biyoelektrik uyaranlara doğru şekilde iletilmesi, aynı anda güvenlik, verimlilik ve mevcut yön kontrolü tatminini gerektirir. Güvenlik için, biyouyumlu malzemeleri içeren ve elektrot-elektrolit arayüzünde çift katmanın geri dönüşü olmayan Faradaik reaksiyonlar olmadan şarj edilmesi ve boşaltılmasına dayanan kapasitif yük aktarımını indükleyen yeni fotovoltaik nöro arayüzleri gösterdik. Bunun için, PTB7-Th: PC71BM'nin yüksek açık devre voltajlı (0,75 V) toplu heterojonksiyonunu kullanarak tek bağlantılı, kablosuz ve kapasitif şarj enjekte eden bir biyo arayüz geliştirdik. Verimlilik için, plazmonik etkileşimleri optoelektronik biyo arayüzlere entegre ettik. Şimdiye kadar, plazmonikler esas olarak membran kapasitans değişikliği (yani optokapasitans) nedeniyle ısı kaynaklı hücre stimülasyonu için kullanılmıştır. İlk kez, fotokapasitör biyo-arayüzlere plasmonik bağlanmanın, Faradaik akımları % 1'in altında tutarken tamamen görünür spektrumda ortalama % 185 güvenli ve etkili nöromodülasyon yer değiştirme yüklerini iyileştirdiğini gösterdik. Akım yönü kontrolü için, ışık dalga formu şekillendirme ile birlikte fotovoltaik biyo arayüzlerin kullanımının nöronların çift yönlü modülasyonu için güvenli kapasitif akımlar oluşturabileceğini gösteriyoruz. Çift katmanlı kapasitörün diferansiyel foto gerilim yanıtı, ışık yoğunluğunun eğimine bağlı olarak kapasitif akımların yön kontrolünü kolaylaştırır. Bu nedenle, bu tezin bulguları, nöronların genetik olmayan, tamamen optik ve güvenli modülasyonu için optoelektronik nöro-arayüzlerin büyük umut vaadini göstermektedir.