Heterogeneous silicon mesostructures for lipid-supported bioelectric interfaces

材料科学 纳米技术 介孔材料 双层 脂质双层 生物相容性材料 仿生学 二氧化硅 光电子学 生物医学工程 化学 复合材料 催化作用 医学 生物化学
作者
Yuanwen Jiang,João L. Carvalho-de-Souza,Raymond Wong,Zhiqiang Luo,Dieter Isheim,Xiaobing Zuo,A. Nicholls,Il Woong Jung,Jiping Yue,Di‐Jia Liu,Yucai Wang,Vincent De Andrade,Xianghui Xiao,Luizetta Navrazhnykh,Dara E. Weiss,Xiaoyang Wu,David N. Seidman,Francisco Bezanilla,Bozhi Tian
出处
期刊:Nature Materials [Nature Portfolio]
卷期号:15 (9): 1023-1030 被引量:164
标识
DOI:10.1038/nmat4673
摘要

Silicon-based materials have widespread application as biophysical tools and biomedical devices. Here we introduce a biocompatible and degradable mesostructured form of silicon with multi-scale structural and chemical heterogeneities. The material was synthesized using mesoporous silica as a template through a chemical vapour deposition process. It has an amorphous atomic structure, an ordered nanowire-based framework and random submicrometre voids, and shows an average Young’s modulus that is 2–3 orders of magnitude smaller than that of single-crystalline silicon. In addition, we used the heterogeneous silicon mesostructures to design a lipid-bilayer-supported bioelectric interface that is remotely controlled and temporally transient, and that permits non-genetic and subcellular optical modulation of the electrophysiology dynamics in single dorsal root ganglia neurons. Our findings suggest that the biomimetic expansion of silicon into heterogeneous and deformable forms can open up opportunities in extracellular biomaterial or bioelectric systems. A biocompatible and biodegradable mesostructured form of silicon is used to make lipid-bilayer-supported bioelectric interfaces that can optically modulate the electrophysiology of single dorsal root ganglia neurons.
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