Медицинская Техника / Медицинская техника №2, 2023 / с. 4-7

Беспроводная оптоэлектронная нейростимуляция сетчатки с помощью многослойного органического полупроводникового устройства

А.Г. Марков, А.Ю. Герасименко, С.В. Селищев, Д.В. Телышев

Аннотация

Разработана многослойная органическая полупроводниковая структура для эффективной беспроводной стимуляции клеток, в том числе нейронов. Исследованы показатели генерируемого фотонапряжения и фототока при облучении структуры короткими импульсами красного света с безопасной интенсивностью излучения. Эффективность многослойных органических полупроводниковых структур подтверждена путем фотостимуляции светонечувствительных участков сетчатки. Было установлено, что органическая структура размером всего 50 мкм приводит к эффективной генерации потенциала действия. Эти результаты подтверждают вывод о том, что технология многослойного органического полупроводникового устройства не только может достичь паритета с современными кремниевыми устройствами, но может и превзойти их по миниатюризации и производительности. Результаты работы важны для клинической медицины и исследовательской деятельности.

Вернуться к содержанию

Сведения об авторах

Александр Геннадьевич Марков, PhD, ст. научный сотрудник, доцент, Институт бионических технологий и инжиниринга, НЦМУ «Цифровой биодизайн и персонализированное здравоохранение», Первый Московский государственный медицинский университет им. И.М. Сеченова Министерства здравоохранения Российской Федерации (Сеченовский Университет), г. Москва,

Александр Юрьевич Герасименко, канд. физ.-мат. наук, доцент, начальник лаборатории, Институт бионических технологий и инжиниринга, Первый Московский государственный медицинский университет им. И.М. Сеченова Министерства здравоохранения Российской Федерации (Сеченовский Университет), г. Москва, ФГБОУ ВПО «Национальный исследовательский университет «МИЭТ», г. Москва, г. Зеленоград,

Сергей Васильевич Селищев, д-р физ.-мат. наук, профессор, директор, Институт биомедицинских систем, ФГБОУ ВПО «Национальный исследовательский университет «МИЭТ», г. Москва, г. Зеленоград,

Дмитрий Викторович Телышев, д-р техн. наук, доцент, директор, Институт бионических технологий и инжиниринга, Первый Московский государственный медицинский университет им. И.М. Сеченова Министерства здравоохранения Российской Федерации (Сеченовский Университет), г. Москва, ФГБОУ ВПО «Национальный исследовательский университет «МИЭТ», г. Москва, г. Зеленоград,

e-mail: markov@bms.zone

Список литературы

1. Kotov N.A., Winter J.O., Clements I.P., Jan E., Timko B.P., Campidelli S., Pathak S., Mazzatenta A., Lieber C.M., Prato M. et al. Nanomaterials for neural interfaces // Adv. Mater. 2009. Vol. 21. № 40. PP. 3970-4004.

2. Pappas T.C., Wickramanyake W.M.S., Jan E., Motamedi M., Brodwick M., Kotov N.A. Nanoscale Engineering of a Cellular Interface with Semiconductor Nanoparticle Films for Photoelectric Stimulation of Neurons // Nano Lett. 2007. Vol. 7. № 2. PP. 513-519.

3. Ferro M.D., Melosh N.A. Electronic and Ionic Materials for Neurointerfaces // Adv. Funct. Mater. 2018. Vol. 28. № 12. PP. 1-22.

4. Gerasimenko A.Y., Kitsyuk E., Kurilova U.E., Suetina I.A., Russu L., Mezentseva M.V., Markov A., Narovlyansky A.N., Kravchenko S., Selishchev S.V. et al. Interfaces Based on Laser- Structured Arrays of Carbon Nanotubes with Albumin for Electrical Stimulation of Heart Cell Growth // Polymers (Basel). 2022. Vol. 14. № 9. P. 1866.

5. Markov A., Wцrdenweber R., Ichkitidze L., Gerasimenko A., Kurilova U., Suetina I., Mezentseva M., Offenhдusser A., Telyshev D. Biocompatible SWCNT Conductive Composites for Biomedical Applications // Nanomaterials. 2020. Vol. 10. № 12. P. 2492.

6. Gautam V., Rand D., Hanein Y., Narayan K.S. A Polymer Optoelectronic Interface Provides Visual Cues to a Blind Retina // Adv. Mater. 2014. Vol. 26. № 11. PP. 1751-1756.

7. Abdullaeva O.S., Schulz M., Balzer F., Parisi J., Lьtzen A., Dedek K., Schiek M. Photoelectrical Stimulation of Neuronal Cells by an Organic Semiconductor-Electrolyte Interface // Langmuir. 2016. Vol. 32. № 33. PP. 8533-8542.

8. Ghezzi D., Antognazza M.R., Dal Maschio M., Lanzarini E., Benfenati F., Lanzani G. A hybrid bioorganic interface for neuronal photoactivation // Nat. Commun. 2011. Vol. 2. № 1. PP. 164-167.

9. Markov A., Gerasimenko A., Boromangnaeva A.-K., Shashova S., Iusupovskaia E., Kurilova U., Nikitina V., Suetina I., Mezentseva M., Savelyev M. et al. Multilayered organic semiconductors for high performance optoelectronic stimulation of cells // Nano Res. Oct. 3. 2022. Just Accepted Manuscript.

10. Wali Q., Elumalai N.K., Iqbal Y., Uddin A., Jose R. Tandem perovskite solar cells // Renew. Sustain. Energy Rev. 2018. Vol. 84. PP. 89-110.