Porosity-based heterojunctions enable leadless optoelectronic modulation of tissues

异质结 材料科学 光电子学 半导体 二极管 纳米孔 蚀刻(微加工) 光遗传学 光电效应 光伏系统 纳米技术 生态学 生物 神经科学 图层(电子)
作者
Aleksander Promiński,Jiuyun Shi,Pengju Li,Jiping Yue,Yiliang Lin,Jihun Park,Bozhi Tian,M. Rotenberg
出处
期刊:Nature Materials [Nature Portfolio]
卷期号:21 (6): 647-655 被引量:97
标识
DOI:10.1038/s41563-022-01249-7
摘要

Homo- and heterojunctions play essential roles in semiconductor-based devices such as field-effect transistors, solar cells, photodetectors and light-emitting diodes. Semiconductor junctions have been recently used to optically trigger biological modulation via photovoltaic or photoelectrochemical mechanisms. The creation of heterojunctions typically involves materials with different doping or composition, which leads to high cost, complex fabrications and potential side effects at biointerfaces. Here we show that a porosity-based heterojunction, a largely overlooked system in materials science, can yield an efficient photoelectrochemical response from the semiconductor surface. Using self-limiting stain etching, we create a nanoporous/non-porous, soft–hard heterojunction in p-type silicon within seconds under ambient conditions. Upon surface oxidation, the heterojunction yields a strong photoelectrochemical response in saline. Without any interconnects or metal modifications, the heterojunction enables efficient non-genetic optoelectronic stimulation of isolated rat hearts ex vivo and sciatic nerves in vivo with optical power comparable to optogenetics, and with near-infrared capabilities.
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