Optoelectronic neural ınterfaces using PEDOT: PSS pseudo-capacitors and AlSb nanocrystals

Sinirsel arayüzler, biyolojik sistemleri yapay sistemlere bağlayan dönüştürücülerdir. Elektriksel, mekanik, termal ve kimyasal mekanizmalar aracılığıyla biyofiziksel ipuçlarını okuyabilir ve/veya yazabilirler. Yazı kısmı olan sinirsel uyarım, karmaşık biyolojik süreçlerin anlaşılması ve nörolojik bozuklukların tedavisi gibi biyolojik uygulamalarda yaygın olarak kullanılmaktadır. Özellikle yarı iletken ve metal cihazlar biyo-arayüzlerde zaten kullanılıyordu, ancak bunların uzamsal çözünürlükleri, kayıt sistemleriyle etkileşimi ve potansiyel tehlikeli etkileri, etkinliklerini sınırlandırıyor. Fotovoltaik sistemlerle optoelektronik stimülasyon, elektrot bazlı stimülasyon tekniklerine kablosuz bir alternatiftir. Bu platformlarda nöral uyarı, faradaik, termal ve kapasitif işlemlerle sağlanabilir. Sonuncusu, arayüzdeki iyonların bozulmasına ve cihaz/hücre arayüzünün yakınında membran potansiyeli değişikliklerini indüklemek için ortaya çıkan elektrokimyasal gradyana dayandığından önemli ölçüde ilgi görmüştür. Kapasitif fotoakım üretimi için tasarlanan biyo-arayüzler, elektrot/elektrolit arayüzündeki çift katmanlı kapasitansa dayanır. Ancak bu, toplam yük enjeksiyon kapasitesini sınırlar. Bu tezde, toplam kapasitif yük enjeksiyon verimliliğini artırmak için üç farklı yaklaşım geliştirdik. İlk olarak, bir organik fotovoltaik ünite ile bir psödokapasitif arayüzü birleştirdik. İkinci olarak, arayüzey delik taşıma katmanı olarak alüminyum antimonid nanokristalleri kullandık ve primer hipokampal nöronlarda başarılı sinirsel aktivasyon gösterdik. Son olarak, PEDOT:PSS hidrojellerini, yük enjeksiyon verimliliğini önemli ölçüde artıran organik bir fotovoltaik cihazla entegre ettik. Ayrıca, hidrojel entegrasyonunun potansiyeli, primer hipokampal nöronların uyarılması ve kardiyak miyosit atış frekansının modülasyonu ile gösterilmiştir. Organik/inorganik hibrit fotovoltaik biyo-arayüzler, yumuşak, organik ve biyouyumlu yapıları nedeniyle cihaz-doku mekanik uyumsuzluğunu, sitotoksik etkileri azaltır ve biyolojik ortamda fonksiyonel ömrü artırır. Bu nedenle, gelecekteki kardiyak ve retinal implantlar için yüksek umut vaat ediyorlar.