Photothermal Excitation of Neurons Using MXene: Cellular Stress and Phototoxicity Evaluation

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作者
Yingqiao Wang,J Hartung,Adam Goad,Matías A. Preisegger,Benjamin Chacon,Michael S. Gold,Yury Gogotsi,Tzahi Cohen‐Karni
出处
期刊:Advanced Healthcare Materials [Wiley]
卷期号:13 (24): e2302330-e2302330 被引量:10
标识
DOI:10.1002/adhm.202302330
摘要

Abstract Understanding the communication of individual neurons necessitates precise control of neural activity. Photothermal modulation is a remote and non‐genetic technique to control neural activity with high spatiotemporal resolution. The local heat release by photothermally active nanomaterial will change the membrane properties of the interfaced neurons during light illumination. Recently, it is demonstrated that the two‐dimensional Ti 3 C 2 T x MXene is an outstanding candidate to photothermally excite neurons with low incident energy. However, the safety of using Ti 3 C 2 T x for neural modulation is unknown. Here, the biosafety of Ti 3 C 2 T x ‐based photothermal modulation is thoroughly investigated, including assessments of plasma membrane integrity, mitochondrial stress, and oxidative stress. It is demonstrated that culturing neurons on 25 µg cm −2 Ti 3 C 2 T x films and illuminating them with laser pulses (635 nm) with different incident energies (2–10 µJ per pulse) and different pulse frequencies (1 pulse, 1 Hz, and 10 Hz) neither damage the cell membrane, induce cellular stress, nor generate oxidative stress. The threshold energy to cause damage (i.e., 14 µJ per pulse) exceeded the incident energy for neural excitation (<10 µJ per pulse). This multi‐assay safety evaluation provides crucial insights for guiding the establishment of light conditions and protocols in the clinical translation of photothermal modulation.
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