Novel biocompatible quantum dots and nanoengineered assemblies for optoelectronic neural interfaces

Kolloidal yarı iletken kuantum noktaları, düşük maliyetli üretim, geniş spektral ayarlanabilirliği ve yüksek fotostabilite sayesinde hedeflenebilir ve uzaktan kontroledilebilir biyo arayüzler alanında yüksek potansiyele sahiplerdir. Ancak popüler ve gelişmiş kuantum noktaları, biyomedikal uygulamalar için oldukça toksik ve kanserojen olduğu bilinen kadmiyum ve kurşun içerir. Bu nedenle, uygun biyouyumlu kuantum noktalarının araştırılması ve bunların kullanımı, kuantum nokta tabanlı biyoelektronik cihazların geliştirilmesinde önemli bir aşamadır. Bu tez, yeni ve biyouyumlu kuantum noktalarının nanoteknolojik birleşimlerine dayanan verimli nöral arayüzlerini ele almaktadır. Tezin ilk bölümünde, ilk kez tip II indiyum fosfit / çinko oksit çekirdek / kabuk kuantum noktaları sentezledik. Bu kuantum noktaları, fotoelektrot yapısına dahil edildi ve tek bir nöral hücrenin, görünür ışığa sürekli maruz kalma için oküler güvenlik sınırından 26 kat daha düşük olan 4 μW mm-2'de ateşlenmesini tetikleyen biyoelektrik akımı üretti. Daha sonra, fotosentetik sistemler tarafından kullanılan radyatif olmayan enerji transferinden ilham alarak indiyum bazlı gökkuşağı kuantum noktalarına dayanan kuantum hunileri geliştirdik. Bu yeni nanomühendislik düzeneği, tek bir hücrenin optik nöromodülasyonunu kolaylaştırdı ve kontrol numunesine kıyasla birim absorbans başına biyoelektrik akımı% 215 artırdı. Tezin ikinci bölümünde, ilk kez kolloidal alüminyum antimonid kuantum noktaları rapor ettik. Sentez, alüminyum klorür ve antimon bis (trimetilsilil) amidin süperhidrit varlığında kontrollü reaksiyonu yoluyla gerçekleştirildi. Bu kuantum noktaları, UV-A bölgesinde eksitonik geçişler ve mavi spektral aralıkta ayarlanabilir emisyonu gösterdi (% 18'e kadar kuantum verimi). Tüm III-V kuantum noktaları arasında, alüminyum antimonid kuantum noktaları mavi spektral bölgedeki en parlak çekirdek emisyonunu gösterdi. Son olarak, alüminyum antimonid kuantum noktalarını nöral uyarım için fotovoltaik bir cihazda biyo-arayüz katmanı olarak kullandık. Bu tür nöral arayüz, ~ 55 μs yükselme süresine ve 600 μA.cm-2'nin üzerinde bir büyüklükte kapasitif biyoelektrik akım oluşturdu ve en hassas kuantum nokta tabanlı kapasitif biyo arayüz özelliğini gösterdi. Bu biyo-arayüz, hücreler üzerinde herhangi bir toksik etki göstermedi ve sulu ortamda bir yıllık çalışma ömrü gösterdi. Bu bulgular, kadmiyum içermeyen yeni kuantum noktalarının biyouyumlu ve etkili bir biyolojik bağlantı oluşturabileceğini ve yapay retina protezleri gibi uygulamalarda yeni bir yol sunabileceğini göstermektedir.