Size and Structural Control of Mechanoluminescent ZnS:Mn2+ Nanocrystals for Optogenetic Neuromodulation

纳米晶 材料科学 光遗传学 纳米技术 光电子学 生物 神经科学
作者
Zhongxiang Wang,Lu Jin,Elizaveta Tiukalova,Youyi Tai,Yushun Zeng,Dae Jung Kim,Qifa Zhou,Miaofang Chi,Jin Nam,Yadong Yin
出处
期刊:ACS Nano [American Chemical Society]
卷期号:19 (20): 19340-19352 被引量:18
标识
DOI:10.1021/acsnano.5c03057
摘要

Mechanoluminescent materials hold immense potential for various transformative applications, from medical imaging and diagnostics to health monitoring and wearable displays. Conventionally produced as bulk powders or microparticles, they face significant size limitations for advanced applications, particularly in biological systems and microscale devices. This work presents an approach to ZnS:Mn2+ nanocrystal synthesis that involves self-assembly and subsequent calcination. In addition to effective size control within the nanoscale, this approach promotes the formation of abundant stacking faults, significantly enhancing piezoelectric and mechanoluminescent properties by increasing trap density and reducing trap depth. Unlike mechanoluminescent materials produced using conventional methods, these nanocrystals demonstrate strong mechanoluminescence without requiring UV pre-excitation, and the light emission persists even after mechanical stress is removed. These advantageous properties make them promising candidates for optogenetic neuromodulation, as they can effectively trigger electrical signals in neurons upon ultrasound stimulation both with and without UV pre-excitation. The persistent mechanoluminescence prolongs the duration of neuronal electrical activity, providing an extended temporal window for neuromodulation compared to conventional mechanoluminescent materials. This study provides a scalable method for producing efficient mechanoluminescent nanoparticles and reveals the crucial role of particle size and defect structures in determining their mechanoluminescent behavior.
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