Novel optoelectronic and plasmonic bulk heterojunction neurointerfaces for controlled capacitive charge transfer
Başlık çevirisi mevcut değil.
- Tez No: 667816
- Danışmanlar: DOÇ. DR. SEDAT NİZAMOĞLU
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Biyomühendislik, Biyoteknoloji, Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, Bioengineering, Biotechnology, Electrical and Electronics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2021
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Koç Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 138
Özet
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.
Özet (Çeviri)
Artificial control of neural activity allows for understanding complex neural networks and improving therapy of neurological disorders. Light is a non-invasive communication trigger with biological systems. Proper transduction of light to bioelectrical stimuli via artificial photoactive devices requires simultaneous satisfaction of safety, efficiency, and current direction control. For safety, we demonstrated novel photovoltaic neurointerfaces that incorporate biocompatible materials and induce capacitive charge-transfer based on charging and discharging of double layer at the electrode-electrolyte interface without irreversible Faradaic reactions. For that, we developed a single-junction, wireless and capacitive-charge-injecting biointerface by using a high open-circuit voltage (0.75 V) bulk heterojunction of PTB7-Th:PC71BM. For efficiency, we integrated plasmonic interactions to optoelectronic biointerfaces. So far, plasmonics has been primarily used for heat-induced cell stimulation due to membrane capacitance change (i.e., optocapacitance). For the first time, we demonstrated that plasmonic coupling to photocapacitor biointerfaces improves safe and efficacious neuromodulating displacement charges for an average of 185% in the entire visible spectrum while maintaining the Faradaic currents below 1%. For current direction control, we show that utilization of photovoltaic biointerfaces combined with light waveform shaping can generate safe capacitive currents for bidirectional modulation of neurons. The differential photovoltage response of the double-layer capacitor facilitates the direction control of capacitive currents depending on the slope of light intensity. Hence, the findings of this thesis show the great promise of optoelectronic neurointerfaces for non-genetic, all-optical and safe modulation of neurons.
Benzer Tezler
- Novel design-based complex nanostructures in hybrid core-shell architectures for high-efficiency light generation
Yüksek verimli ışık üretimi için melez çekirdek-kabuk mimarili yenilikçi dizayn temelli kompleks nanoyapılar
İLKEM ÖZGE ÖZEL
Yüksek Lisans
İngilizce
2010
Fizik ve Fizik Mühendisliğiİhsan Doğramacı Bilkent ÜniversitesiFizik Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. HİLMİ VOLKAN DEMİR
- Experimental investigation of laminar flow, pool boiling heat transfer, stability, and bubble dynamics in nanofluids
Nanoakışkan'da laminar akışı, havuz kaynaması ısı transferi, kararlılık, ve kabarcık dinamiğinin deneysel incelenmesi
MEHRDAD KARIMZADEHKHOUEI
Doktora
İngilizce
2017
Mühendislik BilimleriSabancı ÜniversitesiMekatronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ALİ KOŞAR
- Elektroeğirme ile yüzeyler üzerinde nano boyutta kimyasal desenlerin üretimi
Fabrication of nanoscale chemical patterns on surfaces by electrospinning
NURİ BURAK KİREMİTLER
Doktora
Türkçe
2019
Mühendislik BilimleriErciyes ÜniversitesiMalzeme Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. MUSTAFA SERDAR ÖNSES
- Plasmonically enhanced hot electron based optoelectronic devices
Plazmon destekli sıcak elektron tabanlı optoelektronik aygıtlar
FATİH BİLGE ATAR
Doktora
İngilizce
2015
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİhsan Doğramacı Bilkent ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ALİ KEMAL OKYAY
- Yeni nesil ince filmler ile optoelektronik uygulamaların araştırılması
Investigation of optoelectronic applications with novel thin films
MEHMET DENİZ ÇALIŞKAN
Doktora
Türkçe
2014
Bilim ve TeknolojiHacettepe ÜniversitesiNanoteknoloji ve Nanotıp Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ŞADAN ÖZCAN