Bioresorbable thin-film silicon diodes for the optoelectronic excitation and inhibition of neural activities

材料科学 光电子学 二极管 单晶硅 薄膜 去极化 激光器 生物物理学 纳米技术 光学 生物 物理
作者
Yilun Huang,Yuting Cui,Hanjie Deng,Jingjing Wang,Rongqi Hong,Shuhan Hu,Hanqing Hou,Yuanrui Dong,Huachun Wang,Junyu Chen,Lizhu Li,Yang Xie,Peng Sun,Xin Fu,Lan Yin,Wei Xiong,Song-Hai Shi,Minmin Luo,Shirong Wang,Xiaojian Li,Xing Sheng
出处
期刊:Nature Biomedical Engineering [Springer Nature]
卷期号:7 (4): 486-498 被引量:24
标识
DOI:10.1038/s41551-022-00931-0
摘要

Neural activities can be modulated by leveraging light-responsive nanomaterials as interfaces for exerting photothermal, photoelectrochemical or photocapacitive effects on neurons or neural tissues. Here we show that bioresorbable thin-film monocrystalline silicon pn diodes can be used to optoelectronically excite or inhibit neural activities by establishing polarity-dependent positive or negative photovoltages at the semiconductor/solution interface. Under laser illumination, the silicon-diode optoelectronic interfaces allowed for the deterministic depolarization or hyperpolarization of cultured neurons as well as the upregulated or downregulated intracellular calcium dynamics. The optoelectronic interfaces can also be mounted on nerve tissue to activate or silence neural activities in peripheral and central nervous tissues, as we show in mice with exposed sciatic nerves and somatosensory cortices. Bioresorbable silicon-based optoelectronic thin films that selectively excite or inhibit neural tissue may find advantageous biomedical applicability.
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