Медицинская Техника / Медицинская техника №3, 2025 / с. 12-16

Моделирование взаимодействия света и органического полупроводникового вживляемого материала

А.Н. Романова, А.А. Пуговкин, А.Г. Марков, Д.В. Телышев

Аннотация

Одним из подходов в современных устройствах для возбуждения нервных тканей является беспроводное возбуждение, при котором органические фоточувствительные материалы преобразуют свет в электрические сигналы. Органические фотоконденсаторы накапливают заряд и передают его клеткам посредством емкостной связи, снижая побочные электрохимические эффекты. В ходе численного моделирования было исследовано поведение органического полупроводника из фталоцианина и перилентетракарбонового диимида под воздействием падающего света с длиной волны 625 нм. Основное внимание было уделено процессам поглощения фотонов, генерации экситонов, их разделения на свободные носители заряда, а также распределению электрического потенциала и переносу зарядов.

Вернуться к содержанию

Сведения об авторах

Александра Николаевна Романова, инженер, научно-исследовательская лаборатория моделирования, проектирования и разработки систем вспомогательного кровообращения, Институт биомедицинских систем, ФГАОУ ВО «Национальный исследовательский университет «Московский институт электронной техники», г. Москва, г. Зеленоград,

Александр Анатольевич Пуговкин, инженер, научно-исследовательская лаборатория моделирования, проектирования и разработки систем вспомогательного кровообращения, Институт биомедицинских систем, ФГАОУ ВО «Национальный исследовательский университет «Московский институт электронной техники», г. Москва, г. Зеленоград, инженер, дизайн-центр гибкой биоэлектроники, Институт бионических технологий и инжиниринга, ФГАОУ ВО «Первый Московский государственный медицинский университет им. И.М. Сеченова» Министерства здравоохранения Российской Федерации (Сеченовский Университет), г. Москва,

Александр Геннадьевич Марков, PhD, инженер, научно-исследовательская лаборатория биомедицинских нанотехнологий, Институт биомедицинских систем, ФГАОУ ВО «Национальный исследовательский университет «Московский институт электронной техники», г. Москва, г. Зеленоград, доцент, Институт бионических технологий и инжиниринга, ФГАОУ ВО «Первый Московский государственный медицинский университет им. И.М. Сеченова» Министерства здравоохранения Российской Федерации (Сеченовский Университет), г. Москва,

Дмитрий Викторович Телышев, д-р техн. наук, начальник, научно-исследовательская лаборатория моделирования, проектирования и разработки систем вспомогательного кровообращения, Институт биомедицинских систем, ФГАОУ ВО «Национальный исследовательский университет «Московский институт электронной техники», г. Москва, г. Зеленоград, директор, Институт бионических технологий и инжиниринга, ФГАОУ ВО «Первый Московский государственный медицинский университет им. И.М. Сеченова» Министерства здравоохранения Российской Федерации (Сеченовский Университет), г. Москва,

e-mail: romanova-bms@yandex.ru

Список литературы

1. Fang Y., Meng L., Prominski A., Schaumann E.N., Seebald M., Tian B. Recent advances in bioelectronics chemistry // Chem. Soc. Rev. 2020. Vol. 49. PP. 7978-8035.

2. Jakeрovб M., Silverе Ejneby M., Рerek V., Schmidt T., Gryszel M., Brask J., Schindl R., Simon D.T., Berggren M., Elinder F., Gщowacki E.D. Optoelectronic control of single cells using organic photocapacitors // Science Advances. 2019. Vol. 5. № 4. Art. eaav5265.

3. Medagoda D.I., Ghezzi D. Organic semiconductors for light- mediated neuromodulation // Commun. Mater. 2021. Vol. 2. № 111.

4. Han M., Srivastava S.B., Yildiz E., Melikov R., Surme S., Dogru- Yuksel I.B., Kavakli I.H., Sahin A., Nizamoglu S. Organic Photovoltaic Pseudocapacitors for Neurostimulation // ACS Appl. Mater. Interfaces. 2020. Vol. 12. № 3. PP. 42997-43008.

5. Markov A., Gerasimenko A., Boromangnaeva A.-K., Shashova S., Iusupovskaia E., Kurilova U., Nikitina V., Suetina I., Mezentseva M., Savelyev M., Timashev P., Telyshev D., Liang X.-J. Multilayered organic semiconductors for high performance optoelectronic stimulation of cells // Nano Research. 2023. Vol. 16. PP. 5809-5816.

6. Schoen I., Fromherz P. The mechanism of extracellular stimulation of nerve cells on an electrolyte-oxide-semiconductor capacitor // Biophys. J. 2007. Vol. 92. PP. 1096-1111.

7. Azim-Araghi M.E., Baedi J., Moazzami Goodarzi L. Electrical and optical properties of an organic semiconductor metal-free phthalocyanine (C32H18N8) // Eur. Phys. Appl. Phys. 2012. Vol. 58. № 3. Art. 30201.

8. El-Nahhas M., Abdel-Khalek H., Salem E. Optical Properties of 3,4:9,10-Perylenetetracarboxylic Diimide (PTCDI) Organic Thin Films as a Function of Post-Annealing Temperatures // Am. J. Mat. Sci. 2012. Vol. 2. № 4. PP. 131-137.

9. Yang Y.J., Li S.X., Chen D.L., Long Z.W. Geometric Structure, Electronic, and Spectral Properties of Metal-free Phthalocyanine under the External Electric Fields // ACS Omega. 2022. Vol. 7. № 45. PP. 41266-41274.

10. El-Saady A.A., Roushdy N., Farag A.A.M. et al. Exploring the molecular spectroscopic and electronic characterization of nanocrystalline Metal-free phthalocyanine: A DFT investigation // Opt. Quant. Electron. 2023. Vol. 55. № 662.

11. Westgate C.R., Warfield G. Drift Mobility Measurements in Metal-Free and Lead Phthalocyanine // The Journal of Chemical Physics. 1967. Vol. 46. № 1. PP. 94-97.

12. Warczak M., Gryszel M., Jakeрovб M., Рerek V., Gщowacki E.D. Organic semiconductor perylenetetracarboxylic diimide (PTCDI) electrodes for electrocatalytic reduction of oxygen to hydrogen peroxide // Chemical Communications. 2018. Vol. 54. № 16. PP. 1960-1963.

13. Balambiga B., Dheepika R., Devibala P., Imran P.M., Nagarajan S. Picene and PTCDI based solution processable ambipolar OFETs // Scientific Reports. 2020. Vol. 10. № 1. Art. 22029.

14. Труханов В.А. Влияние легирования и молекулярной структуры компонентов активного слоя на эффективность органических солнечных фотоэлементов / Дис. канд. физ.-мат. наук: 01.04.07. – М.: Моск. гос. ун-т им. М.В. Ломоносова, 2015. 150 с.

15. Мартынов И.В. Пути фотодеградации материалов активного слоя органических солнечных батарей / Дис. канд. хим. наук: 1.4.4. – Черноголовка: ФГБУН «Институт проблем химической физики» РАН, 2022. 125 с.