Медицинская Техника / Медицинская техника №2, 2024 / с. 47-49

Органические полупроводники с p-i-n структурой для оптоэлектронной нейростимуляции

Е.А. Юсуповская, А.Ю. Герасименко, С.В. Селищев, Д.В. Телышев, А.Г. Марков

Аннотация

Разработана усовершенствованная органическая полупроводниковая структура за счет использования объемных гетероструктур – p-i-n переходов для эффективной беспроводной стимуляции клеток, в том числе и нейронов. Исследованы показатели генерируемого фотонапряжения при облучении структур короткими импульсами красного света с безопасной интенсивностью излучения. Эффективность органических p-i-n полупроводниковых структур также была подтверждена путем фотостимуляции клеточной линии нейробластов. Результаты работы подтверждают вывод о том, что технология p-i-n органического полупроводникового устройства может представлять собой альтернативу современным кремниевым полупроводникам в области совмещения медицины и биоэлектроники для нейростимуляции.

Вернуться к содержанию

Сведения об авторах

Елена Александровна Юсуповская, мл. научный сотрудник, Институт бионических технологий и инжиниринга, Первый Московский государственный медицинский университет им. И.М. Сеченова Министерства здравоохранения Российской Федерации (Сеченовский университет), г. Москва,

Александр Юрьевич Герасименко, канд. физ.-мат. наук, доцент, начальник лаборатории, лаборатория биомедицинских нанотехнологий, Институт бионических технологий и инжиниринга, Первый Московский государственный медицинский университет им. И.М. Сеченова Министерства здравоохранения Российской Федерации (Сеченовский университет), г. Москва, доцент, начальник лаборатории, лаборатория биомедицинских нанотехнологий, Институт биомедицинских систем, ФГБОУ ВПО «Национальный исследовательский университет «МИЭТ», г. Москва, г. Зеленоград,

Сергей Васильевич Селищев, д-р физ.-мат. наук, профессор, директор, Институт биомедицинских систем, ФГБОУ ВПО «Национальный исследовательский университет «МИЭТ», г. Москва, г. Зеленоград,

Дмитрий Викторович Телышев, д-р техн. наук, доцент, директор, Институт бионических технологий и инжиниринга, Первый Московский государственный медицинский университет им. И.М. Сеченова Министерства здравоохранения Российской Федерации (Сеченовский университет), г. Москва, профессор, Институт биомедицинских систем, ФГБОУ ВПО «Национальный исследовательский университет «МИЭТ», г. Москва, г. Зеленоград,

Александр Геннадьевич Марков, PhD, ст. научный сотрудник, Центр «Цифровой биодизайн и персонализированное здравоохранение», доцент, Институт бионических технологий и инжиниринга, Первый Московский государственный медицинский университет им. И.М. Сеченова Министерства здравоохранения Российской Федерации (Сеченовский университет), г. Москва,

e-mail: markov_a_g@staff.sechenov.ru

Список литературы

1. Lozano A.M., Lipsman N., Bergman H., Brown P., Chabardes S., Chang J.W., Matthews K., McIntyre C.C., Schlaepfer T.E., Schulder M., Temel Y., Volkmann J., Krauss J.K. Deep Brain Stimulation: Current Challenges and Future Directions // Nat. Rev. Neurol. 2019. Vol. 15. № 3. PP. 148-160.

2. Chiken S., Nambu A. Mechanism of Deep Brain Stimulation // Neuroscientist. 2016. Vol. 22. № 3. PP. 313-322.

3. Ferro M.D., Melosh N.A. Electronic and Ionic Materials for Neurointerfaces // Adv. Funct. Mater. 2018. Vol. 28. № 12. PP. 1-22. Art.: 1704335.

4. Kotov N.A., Winter J.O., Clements I.P., Jan E., Timko B.P., Campidelli S., Pathak S., Mazzatenta A., Lieber C.M., Prato M. et al. Nanomaterials for neural interfaces // Adv. Mater. 2009. Vol. 21. № 40. PP. 3970-4004.

5. Pappas T.C., Wickramanyake W.M.S., Jan E., Motamedi M., Brodwick M., Kotov N.A. Nanoscale Engineering of a Cellular Interface with Semiconductor Nanoparticle Films for Photoelectric Stimulation of Neurons // Nano Lett. 2007. Vol. 7. № 2. PP. 513-519.

6. Silverе Ejneby M., Jakeрovб M., Ferrero J.J. et al. Chronic electrical stimulation of peripheral nerves via deep-red light transduced by an implanted organic photocapacitor // Nat. Biomed. Eng. 2022. Vol. 6. PP. 741-753.

7. Abdullaeva O.S., Schulz M., Balzer F., Parisi J., Lьtzen A., Dedek K., Schiek M. Photoelectrical Stimulation of Neuronal Cells by an Organic Semiconductor-Electrolyte Interface // Langmuir. 2016. Vol. 32. № 33. PP. 8533-8542.

8. Ghezzi D., Antognazza M.R., Dal Maschio M., Lanzarini E., Benfenati F., Lanzani G. A hybrid bioorganic interface for neuronal photoactivation // Nat. Commun. 2011. Vol. 2. № 1. PP. 164-167.

9. Markov A., Gerasimenko A., Boromangnaeva A.-K., Shashova S., Iusupovskaia E., Kurilova U., Nikitina V., Suetina I., Mezentseva M., Savelyev M. et al. Multilayered organic semiconductors for high performance optoelectronic stimulation of cells // Nano Res. 2023. Vol. 16. PP. 5809-5816.

10. Markov A.G., Gerasimenko A.Y., Selishchev S.V. et al. Wireless Optoelectronic Neurostimulation of the Retina Using a Multilayer Organic Semiconductor Device // Biomed. Eng. 2023. Vol. 57. PP. 81-84.