Материал, демонстрирующий стойкую фотопроводимость, приобретает отрицательный заряд на своей поверхности при воздействии света с правильной длиной волны и сохраняет этот заряд даже после удаления света. Правильная длина волны света и то, как долго материал сохраняет свой заряд, варьируется от материала к материалу.В течение многих лет исследователи знали, что электрический заряд может стимулировать клетку, но существующие технологии для проведения подобных экспериментов часто являются инвазивными или требуют специального оборудования.
Они также могут занять очень много времени.«Мы хотели воспользоваться преимуществами электронных свойств полупроводникового нитрида галлия, который является биосовместимым, чтобы сделать его настоящим биоэлектронным интерфейсом», — говорит Патрик Снайдер, доктор философии. студент Государственного университета Северной Каролины и ведущий автор статьи о работе. «Результатом является более быстрый и неинвазивный способ стимуляции клеток, не требующий специального оборудования».
В частности, исследователи подвергли подложку из нитрида галлия воздействию ультрафиолетового (УФ) света, создав отрицательный заряд на ее поверхности. Как только УФ-свет был удален, исследователи вылили раствор, содержащий нейротипические клетки PC12, в емкость с субстратом.
Затем исследователи представили краситель, который позволил им измерить уровень кальция в клетках PC12.Исследователи обнаружили, что клетки PC12 стимулировались, когда они вступали в контакт с заряженным субстратом из нитрида галлия, о чем свидетельствует повышенный уровень ионов кальция в клетках по сравнению с контрольной группой, которая не контактировала с заряженным субстратом.
Это свидетельствует об изменении поведения, поскольку ионы важны для нейротипической клеточной активности. Например, ионы кальция играют ключевую роль в передаче сигналов нейронов.«Помимо углубления нашего фундаментального понимания того, на что способен этот материал, мы с оптимизмом надеемся, что он может облегчить работу многих лабораторий, заинтересованных в продвижении исследований клеточного поведения», — говорит Албена Иванишевич, профессор материаловедения и инженерии в NC.
Государство и автор-корреспондент статьи.Статья «Неинвазивная стимуляция нейротипических клеток с использованием постоянной фотопроводимости нитрида галлия» опубликована в журнале открытого доступа ACS Omega. Соавтором статьи является Рамон Коллазо, доцент кафедры материаловедения и инженерии в NC State; Прамод Редди, научный сотрудник NC State и сотрудник Adroit Materials; Ронни Кирсте из Adroit Materials; и Деннис Ла Джеунесс, адъюнкт-профессор нанонауки в Университете Северной Каролины в Гринсборо.
Работа выполнена при поддержке Исследовательского управления армии США в рамках гранта W911NF-15-1-0375; и Национальный научный фонд в рамках грантов DMR-1312582 и ECCS-1653383.