Görüşü yeniden kazandirmak için nanotel ve kuantum nokta tabanli fotovoltaik nöral arayüzler

Optoelektronik biyoarayüzler, ışık enerjisinin iyonik akımlara dönüştürülmesi yoluyla sinir sisteminin hücresel, doku ve organ seviyelerinde kontrol edilmesi için klinik uygulama potansiyeli taşıyan umut verici bir platform olarak ortaya çıkmıştır. Bu tezde, AgBiS₂ nanokristalleri ile duyarlaştırılmış bir ZnO nanotel (NW) dizisinden oluşan çözelti işlemeli bir fotovoltaik nano-yapı sunulmuştur. Bu yapı, kapasitif foto-akım yoluyla verimli yakın kızılötesi (NIR) nöral uyarım sağlamaktadır. Nanoteller, gelişmiş sinir ve doku arayüzleri için dönüştürücü bir platform görevi görmüştür. Fotovoltaik özellikleri nöral modülasyon için olağanüstü potansiyel taşırken, mevcut fotostimülasyon yaklaşımları ağırlıklı olarak görünür ışıkla aktive olan fotoelektrokimyasal mekanizmalara dayanmaktadır. Nanotel morfolojisinin ve nanokristal iç içe geçme yapısının optimize edilmesiyle, bu platform düşük NIR yoğunluklarında (<1 mW mm⁻²) yüksek yük enjeksiyon yoğunlukları (onlarca μC cm⁻²) elde etmiştir. Nano-yapı, ex-vivo kör sıçan retinasında subretinal olarak yerleştirilmiş ve NIR darbeleri altında retinal ganglion hücrelerinde (RGC'ler) tekrarlanabilir ve güçlü yanıtlar oluşturmuştur. Özellikle, bu yanıtlar, göz güvenlik sınırlarının önemli ölçüde altındaki ışık şiddetlerinde elde edilmiştir. Ayrıca, bu çalışmada AgBiS₂ kuantum noktalarının (QD'ler) ışık emilim malzemesi, deşik taşıma ortamı ve psödokapasitif elektrot-elektrolit arayüzü olarak görev yaptığı bir biyoelektronik tasarım sunulmuştur. Anodik ve katodik piklerin üstel davranışı, yük depolama mekanizmasına difüzyon kontrollü ve kapasitif süreçlerin katkıda bulunduğunu göstermiştir. Ayrıca, 3D Bode kapasitans haritaları ve faz açısı yanıtları, yapay beyin-omurilik sıvısında (aCSF) yarım-dalga potansiyelinde (0.044 V vs Ag/AgCl) 3.3 mF cm⁻² gibi yüksek bir kapasitans değeri olduğunu ortaya koymuştur. Işığın elektriksel uyarıma verimli dönüşümü için, AgBiS₂ QD'ler, ZnO NW'ler ile bir fotovoltaik cihaz mimarisine gömülmüş olup, NW içermeyen düzlemsel cihazlara kıyasla iki kat daha fazla foto-akım (1.9 ± 0.3 mA cm⁻²) ve yaklaşık üç kat daha fazla yük enjeksiyonu (29 ± 2.3 μC cm⁻²) sağlamıştır. Üstelik, bu cihaz üzerinde hipokampal nöronların fotostimülasyonu, önemli oksidatif stres oluşturmadan gerçekleştirilmiştir. Sonuç olarak, bu bulgular, psödokapasitif optoelektronik nanokristaller aracılığıyla alışılmadık ve verimli bir biyoelektronik cihazın yanı sıra nöronal sistemler ile nano-yapıların kesişimini ortaya koymuştur. Bu yaklaşım, alışılmadık görsel protezler ve ileri nöromodülasyon terapileri için önemli potansiyel sunmaktadır. Özellikle, retinal dejenerasyonun ex-vivo modellerinde retinal yanıtların uyarılmasındaki kanıtlanmış etkinlik, yeni nesil görsel protezler ve daha geniş nöromodülasyon uygulamaları için umut vaat etmektedir.