- 如何选择适合你的出版方式的建议 56
- 浅析IEEE与EI 46
- 新规:禁止院士公开发表与自身专业 216
- 详细介绍著作主要分为哪些类型 46
- 北京大学化学吴凯/刘婧团队在谢尔 46
- 浅析Sci期刊论文发表难度 62
- 学术会议的目的和意义有多方面的考 54
- 深圳国际研究生院张正华课题组在“ 31
- 专利申请进度在哪里查看呢? 36
- 准备向《JOURNAL OF E 56
- 关于家庭教育方向论文题目借鉴及期 61
- 酒店营销相关著作出版的步骤 47
- 英文论文投稿需要注意的事项 130
- 有前景的中医美容论文选题方向 51
- 环境学院要茂盛教授揭示中国大陆3 52
- 云南欧亿骏机电设备有限公司 17384
- 百奥泰国际会议(大连)有限公司 23401
- 天津金泽大酒店 22393
- 浙江大学管理学院 22414
- 湖南农业大学 17402
- 邢台爱尔眼科医院 1367
- 新疆大学 化学化工学院 22422
- 中国矿业大学 23388
- 亚太科学与工程研究所 1406
- 南方医科大学 1391
- 上海景桥会展服务有限公司 17423
- 北京强强酒店 22407
- WILL 7387
- 金豆实业公司 20370
- 中国岩石力学与工程学会 20416
- 西北工业大学 17400
- 国防科技大学计算机学院 20414
- 中国光学工程学会 22369
- 上海同巨文化传播有限公司 7371
- 北京民族医院暨北京藏医院 17383
清华大学电子系盛兴课题组合作发现薄膜硅光电二极管可选择性激活或抑制神经活动
2024/04/23
开发新型神经调控技术,对单个神经元或者特定神经网络的活动进行实时、精确地激活和/或抑制,对于深入理解大脑的运行机理、开发神经疾病治疗手段等都具有重要的意义。相较于药物等生物化学方法,基于光电信号等物理场的神经调控方式具有无线操控、时空分辨率高、响应快、副作用小等优点,也是近年来脑机接口领域的研究热点。
近日,清华大学电子工程系盛兴课题组与合作者研究发现,使用柔性薄膜单晶硅二极管与神经系统集成,在光照情况下可产生极化电场,对离体和在体的神经信号进行选择性的无线激活和抑制。同时,薄膜硅结构可在生物体内安全降解,具备良好的生物相容性。这种生物友好、非遗传学、可无线远程操作、实现激活-抑制双向光电调控的植入式器件,可为基础神经科学研究和临床应用提供有效的技术支撑。
硅基半导体是信息产业的基石,pn二极管结构作为电子工程的基本单元,被广泛应用于微电子芯片、光电探测与成像、光伏电池等系统中。在生物系统中,当硅基二极管与神经系统的基本单元——神经元进行结合时,其光电特性将如何影响神经系统的活动与功能?研究团队发现,柔性薄膜硅基二极管结构与神经组织集成时,其在光照条件下,在半导体-溶液界面处产生极化的光生电场,不需引入光遗传学等基因编码工具,即可选择性的激活-抑制神经信号的活动。
图1.可降解硅薄膜二极管产生光电信号激活和抑制神经活动(示意图)
在离体实验中,通过在极性不同的薄膜硅二极管结构(p+n型和n+p型)表面培养背根神经元(dorsal root ganglion, DRG),硅器件的极化光生电场可相应地抬升或降低细胞的膜电位,引起神经元的去极化或超极化,进一步激活或者抑制动作电位的发放,并引起钙活动信号的上升或者下降。
图2.硅薄膜二极管光电压极性依赖的激活和抑制离体神经元活动
通过微纳工艺制备的图案化硅基薄膜器件,可共形贴附在活体生物组织表面,进行在体生物神经信号的远程光电调控。把硅基二极管薄膜包覆于小鼠的坐骨神经节,通过极性依赖的光生电场,可选择性地增强或者减弱小鼠后肢的运动幅度。把硅基二极管薄膜贴附在小鼠大脑皮层上,产生的光生电场也可相应地激活或者抑制皮层的电活动。
图3. 硅薄膜二极管光电压极性依赖的激活和抑制在体神经:(a)调控坐骨神经的激活和抑制活动和(b)调控大脑皮层内神经区域的激活和抑制活动
另外,硅基半导体还具备良好的生物安全性和可降解特性,把硅薄膜器件与可降解的衬底结合,将其包覆在动物坐骨神经或者贴附在大脑皮层上,通过长期实验记录,均可观察到硅薄膜在生物体内的自然溶解和消失过程。这种可降解特性,可避免引入二次手术取出植入物带来的风险,为特定的医疗应用展示了潜在的前景。
图4. 坐骨神经和大脑皮层上硅薄膜的生物降解性测试
该研究成果在《自然·生物医学工程》(Nature Biomedical Engineering)发表,题为“可降解薄膜硅基二极管光电激活和抑制神经活动”(Bioresorbable thin-film silicon diodes for the optoelectronic excitation and inhibition of neural activities)。
本文的共同通讯作者为清华大学电子系、清华-IDG/麦戈文脑科学研究院盛兴副教授,中国科学院深圳先进技术研究院、深港脑科学创新研究院李骁健研究员,北京理工大学汪世溶副研究员。共同第一作者为清华大学原博士后黄云翔、北京生命科学研究所博士后崔玉婷、中国科学院深圳先进技术研究院技术员邓汉杰。合作者来自清华大学电子系、材料学院、生命科学学院、中国科学院深圳先进技术研究院、北京理工大学、北京脑科学与类脑研究中心等单位。该研究获得了国家自然科学基金、清华大学自主科研计划、北京市基金、科技部等项目支持。
文章来源清华大学新闻,分享只为学术交流,如涉及侵权问题请联系我们,我们将及时修改或删除。
北京大学物理学院沈路路课题组与合作者精确量化全球能源行业甲烷温室气体排放
中国科学院分子细胞科学卓越创新中心汪胜研究员团队提出多靶点、多功效药物设计新理念
清华大学 化工系生物育种技术与装备团队报道高精度对蛋白表达特征进行大规模并行表征的方法
北京大学物理学院李婧课题组与合作者基于红外长波辐射实现夜间气溶胶光学厚度反演
北京大学汇丰商学院谷一桢副教授合作论文在Journal of Human Resources发表研究家庭住址选择与性别通勤差异之间的关系
清华大学深圳国际研究生院张锡辉团队在新型纳米催化陶瓷膜技术方向取得系列进展
北京大学城市与环境学院朱彪课题组在PNAS发表论文,揭示全土壤剖面增温对微生物碳利用效率的影响
第十一届先进制造技术与材料工程国际学术会议 (AMTME 2024)(2024-05-17)
第五届计算机通信与网络安全国际学术会议 (CCNS 2024)(2024-05-17)
2024年教育政策与实践研讨会(ICEPP 2024)(2024-05-24)
第九届机电控制技术与交通运输国际学术会议(ICECTT 2024)(2024-05-24)
第三届机电一体化与机械工程国际会议(ICMME2024)(2024-05-24)
2024年电子器件、传感控制技术与光学机械工程国际学术会议(EDSCTOE 2024)(2024-05-25)
第十四届地质和地球物理学国际会议(ICGG 2024)(2024-05-31)
2024年食品工程与农业科学国际会议(ICFEAS 2024)(2024-06-02)
2024年第三届网络、通信与信息技术国际会议(CNCIT 2024)(2024-06-07)
2024年先进机器人,自动化工程与机器学习国际会议(ARAEML 2024)(2024-06-28)
2024年石油化工、矿产资源与地质勘探国际会议(ICPMRGE 2024)(2024-5-18)
2024年现代化教育与信息技术国际会议 (IACMEIT 2024)(2024-6-21)
2024半导体、物理与电子技术国际学术会议(ICSPET 2024)(2024-6-28)
2024年商业文化与数字经济学国际学术会议(ICBCDE 2024)(2024-6-18)
2024年健康心理与现代教育国际学术会议(ICHPME 2024)(2024-5-20)
2024年建筑工程,城市规划与智慧交通国际会议(CEUPST 2024)(2024-6-22)
2024年会计、审计、财务与经济管理国际会议(ICAAFEM2024)(2024-6-18)
2024年第三届智慧能源与能源物联网国际学术会议(SEEIoT 2024)(2024-6-21)
2024地球科学、测量与环境遥感国际会议(ESERS 2024)(2024-5-21)
2024模型、机器学习与计算机语言国际会议(ICMMLCL 2024)(2024-6-18)