Flexible optoelectronic biointerfaces with pseudocapacitive MnO2 nanostructures for efficient photostimulation of neurons
Pseudokapasitif MnO2 nanoyapılarına sahip esnek optoelektronik biyoarayüzlerin etkili nöron fotostimülasyonu için kullanımı
- Tez No: 816558
- Danışmanlar: DOÇ. DR. SEDAT NİZAMOĞLU
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Nöroloji, Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, Biyomühendislik, Neurology, Electrical and Electronics Engineering, Bioengineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2023
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Koç Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Elektrik Elektronik Mühendisliği Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Bu tez, esnek optoelektronik biyoarayüzlerin güvenli ve verimli bir şekilde sinir hücrelerinin fotostimülasyonu için 3 boyutlu mangan dioksit (MnO2) nanoçiçeklerle entegrasyonunu araştırmaktadır. Optoelektronik biyoarayüzler, kablosuz ve elektriksel olarak sinir hücrelerinin kontrolü için önemli bir ilgi uyandırmaktadır. Porlu yapıya ve geniş yüzey alanına sahip 3 boyutlu psödokapasitif nanomalzemeler kullanarak, bu biyoarayüzler ışığı iyonik akımlara etkin bir şekilde dönüştürebilme özelliğine sahiptir ve yüksek elektrot-elektrolit kapasitesi gereksinimini karşılayabilmektedir. MnO2 nanoçiçekler, kimyasal banyo çöktürme yöntemiyle geri dönüş elektrodu üzerinde büyütülmüş olup, MnO2 tohum tabakası da döngüsel voltametri kullanılarak önceden kaplanmıştır. Nanoçiçekler düşük ışık yoğunluğu koşullarında bile (1 mW mm-2), yüksek bir arayüzey kapasitansı (10 mF cm-2'den büyük) ve fotogeneratik yük yoğunluğu (20 μC cm-2'den fazla) sergilemiştir. MnO2 nanoçiçekler, tersinir Faraday reaksiyonları aracılığıyla güvenli kapasitif akımlar oluşturmuş ve in vitro deneylerde hipokampal sinir hücreleri üzerinde herhangi bir toksisiteye neden olmamıştır, bu da elektrojenik hücrelerle entegrasyon için umut verici bir malzeme olduğunu göstermektedir. Optoelektronik biyoarayüzlerin işlevselliği, hipokampal sinir hücrelerinin tüm hücre yapılandırmasıyla yama kelepçesi elektrofizyolojisi kullanılarak değerlendirilmiş ve periyodik ışık atımlarına yanıt olarak tekrarlayan ve hızlı bir şekilde aksiyon potansiyellerinin tetiklenmesini ortaya koymuştur. Bu araştırma, elektrokimyasal olarak çöktürülen 3 boyutlu psödokapasitif nanomalzemelerin sinir hücrelerini optoelektronik yollarla etkili bir şekilde kontrol etmek için sağlam ve verimli bir yaklaşım olarak potansiyelini göstermiştir.
Özet (Çeviri)
This thesis explores the integration of flexible optoelectronic biointerfaces with 3D manganese dioxide (MnO2) nanoflowers to achieve safe and efficient photostimulation of neurons. Optoelectronic biointerfaces have attracted significant attention for their potential in the wireless and electrical control of neurons. By utilizing 3D pseudocapacitive nanomaterials with interconnected porous structures and large surface areas, these biointerfaces can effectively transduce light into ionic currents, meeting the requirement for high electrode-electrolyte capacitance. The MnO2 nanoflowers were grown through a chemical bath deposition technique on the return electrode, which was pre-coated with a MnO2 seed layer deposited via cyclic voltammetry. The nanoflower integrated biointerfaces exhibited excellent performance with a high interfacial capacitance (greater than 10 mF cm-2) and photogenerated charge density (over 20 μC cm-2) even under low light intensity conditions (1 mW mm-2). Importantly, the MnO2 nanoflowers induced safe capacitive currents through reversible Faradaic reactions and demonstrated no toxic effects on hippocampal neurons during in vitro experiments, making them a promising material for curvature fit integration with electrogenic cells. The functionality of the optoelectronic biointerfaces was assessed using a patch-clamp electrophysiology setup in the whole-cell configuration of hippocampal neurons, revealing their ability to elicit repetitive and rapid firing of action potentials in response to light pulse trains. This research underscores the potential of electrochemically-deposited 3D pseudocapacitive nanomaterials as a robust and efficient approach for controlling neurons through optoelectronic means.
Benzer Tezler
- Doğu Karadeniz bölgesi kıyı şeridini korumak için en uygun yapı tipinin belirlenmesi
Başlık çevirisi yok
RASİM TULGAR
Yüksek Lisans
Türkçe
1987
İnşaat MühendisliğiKaradeniz Teknik Üniversitesiİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. BASRİ ERTAŞ
- Sabit çıkış projeksiyon alanı ve lüle yüksekliğine sahip dairesel kesitli üç boyutlu hava yastıklarının mukayeseli etüdü
A Comparative study of three-dimensional air cushions with circular cross section, exit projection area and constant nozzle height
ARMAĞAN İNALHAN