物理科技生物学-PHYICA

神经矢野凉子元遥控器

纳米技术 2022-04-08 23:58:12

卡内基梅隆大学 石墨烯薄片生长在硅纳米线上,以获得优异的导电性

学分:卡内基梅隆大学工程学院 卡内基梅隆大学的研究人员领导的一个团队创造了一项新技术,该技术增强了科学家利用光与神经细胞交流的能力

生物医学工程和材料科学与工程副教授察希·科恩-卡尔尼领导的团队在纳米线模板上合成了三维模糊石墨烯,为光热刺激细胞创造了一种优越的材料

新模板三维模糊石墨烯(NT-3DFG)能够实现远程光学刺激,而不需要基因改造,并且使用比可用材料少几个数量级的能量,防止细胞应激

石墨烯丰富、廉价且生物相容

科恩-卡尔尼的实验室多年来一直在研究石墨烯,开发了一种在三维拓扑中合成这种材料的技术,他将这种材料称为“模糊”石墨烯

通过在硅纳米线结构上面外生长二维(二维)石墨烯薄片,他们能够创建具有宽带光吸收和无与伦比的光热效率的三维结构

这些特性使其成为通过光电容效应利用光进行细胞电生理学调制的理想选择

由于快速施加光脉冲,光电容效应改变了细胞膜电容

NT-3DFG可以很容易地在悬浮液中制备,从而可以研究二维细胞系统和三维细胞系统内部和之间的细胞信号传递,就像基于人类细胞的器官一样

像这样的系统不仅对理解细胞如何发出信号和相互作用至关重要,而且在开发新的治疗干预措施方面也具有巨大的潜力

然而,对这些机会的探索受到了现有光学遥控技术存在的细胞压力风险的限制

NT-3DFG的使用通过使用明显更少的能量消除了这种风险,在1-2个数量级上更少

其生物相容性表面易于化学改性,使其适用于不同的细胞类型和环境

使用NT-3DFG,光热刺激治疗可以被开发用于运动募集以诱导肌肉激活,或者可以在器官样系统中指导组织发育

纳米线能够从细胞膜外刺激神经元

学分:卡内基梅隆大学工程学院 科恩-卡尔尼说:“这是多个领域专家的杰出合作成果,包括皮特和乌切卡戈的神经科学,北卡罗来纳大学和CMU的光子学和材料科学。”

“发达的技术将允许我们在体内与工程组织或神经或肌肉组织相互作用

这将允许我们以高精度和低所需能量远程使用光来控制和影响组织功能

" 电气和计算机工程助理教授梅萨姆·查曼扎尔也对该项目作出了贡献

他的团队在光子学和神经技术方面的核心专业知识帮助开发了急需的工具,既可以表征独特的杂化纳米材料,又可以在光学记录细胞活性的同时刺激细胞

神经元对NT-3DFG纳米结构的光刺激有反应

学分:卡内基梅隆大学工程学院 “这些三维纳米材料的宽带吸收使我们能够利用能够穿透组织深处的波长的光来远程激发神经细胞

这种方法可以用于从设计非侵入性疗法到基础科学研究的所有应用领域

该团队的发现对于我们理解细胞相互作用和开发利用人体自身细胞潜力的疗法都具有重要意义

使用NT-3DFG制造的纳米结构可能会对人类生物学和医学的未来产生重大影响

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