1 ay önce
1 ay önce

Yeni tip nanokristaller sinir hücrelerimizi aktive edebiliyor!


Koç Üniversitesi Elektrik ve Elektronik Mühendisliği Kısmı’ndeki elektronik mühendisleri, araç-gereç bilimciler ve Koç Üniversitesi Tip Fakültesi’nden doktorların ortak emek harcaması ile gene aynı grupta dünyada ilk kez sentezlenen yeni bir tip nano-kristalin biyo-arayüzlerde kullanılabileceği kanıtlandı.

Biyo-arayüzler

Biyo-arayüzler fazlaca çeşitli amaçlar için kullanılabilen, hücre, doku ya da organizma seviyesinde organik yapılarla temas içinde olan malzemeler/cihazlardır. Hücresel mekanizmaların moleküler ve makro düzeylerde incelenmesinden, rejeneratif tip uygulamalarına, akıllı ilaç dağıtımı ve kanser tedavi terapilerine kadar fazlaca geniş bir yelpazede kullanılan biyo-arayüzler geleceğin teknolojilerinden biri olarak görülüyor. Optoelektronik olarak tasarlanan bu arayüzler ise güneş enerjisi sistemleriyle fazlaca benzer bir halde ışık enerjisini elektrik enerjisine çevirerek hücresel ortamdaki iyon dengesini kontrollü şekilde değiştirerek sinir hücrelerinin aktivasyonu yada susturulması için kullanılıyor. Direkt elektrik akımı kullanan sistemlere alternatif olarak optoelektronik sistemler hücresel ortama minimum zarar verecek şekilde çalışıyor.

Prof. Dr. Sedat Nizamoğlu liderliğindeki çalışmada, yeni tip nanokristalleri kullanarak dizayn edilen organik polimer tabanlı optoelektronik biyo-arayüzlerin primer hipokampal sinir hücrelerini uyarabileceği yayınlandı. Nature mecmua ailesindeki Communications Materials dergisinde piyasaya çıkan makalede, daha ilkin gene aynı grupta dünyada ilk kez kimyasal sentezi meydana getirilen alüminyum antimoni nano-kristallerinin optoelektronik cihazlardaki potansiyeli kanıtlanmıştır. Bu tip nanokristaller aygıt mimarisindeki elektron-delik çiftlerinin birbirlerinden etkili şekilde ayrılabilmesi ve aygıt üstünde elektrik alan oluşturabilmesi için birçok değişik dizayna entegre edilebilirler. Bu tip bir aygıt ışıkla aydınlatıldığında içindeki foto-aktif malzemeler ile ışığı sönümleyerek, ışık parçacığı olarak tanımlanan fotonların enerjisi ile elektron-delik çiftleri oluşturur. Oluşan elektron-delik çiftleri, aygıt içindeki değişik katmanlara doğru difüzyon ile ayrılırken, ayrılan elektron ve delikler içinde negatif ve pozitif yük farkından meydana gelen bir elektrik alan oluşur. Bu elektrik alan çevresindeki hücresel sıvıdaki elektrik yüklü iyon dengesin değişmesine niçin olur. Sodyum, potasyum ve kalsiyum şeklinde iyonların hücre ve çevresindeki sıvı arasındaki oranlarının değişmesiyle sinir hücreleri aktive edilebilmektedir.

Değişik tip nano-kristaller de biyo-arayüzler için kullanılabilecek

Yazının ilk yazarı olan Mertcan Han, çalışmanın önemini su şekilde açıklıyor. “Yaptığımız çalışmanın en mühim çıktısı değişik tip nano-kristallerin de biyo-arayüzler için kullanılabileceğini göstermiş olmaktır. Polimer teknolojisi ve araç-gereç bilimindeki ilerlemelerle beraber, değişik renkte ışıklar ile çalışabilecek ve etkili şekilde sinirsel uyarım yapılar geliştirmek mümkün hale gelecek. Dizayn ettiğimiz biyo-arayüz mavi ışık altında yaptığımız uyarım ile primer sinir hücreleri üstünde başarı göstermiş şekilde çalışmış ve sinirsel aktivasyonu gerçekleştirmiştir. Bu biçim yapılar Parkinson ve Şizofreni şeklinde sinirsel hastalıkların araştırılmasında kullanılabileceği şeklinde çeşitli göz hastalıklarına karsı yaşam standardını artırılacak teknolojilerin ulaşılabilir hale gelmesinde de rol oynayacaktır.” Mesela, yaşlılığa bağlı makula dejenerasyonu görme yitirilmesine neden olan ciddi bir göz hastalığıdır. Bu şeklinde hastalıkların çözümü ise gözümüzdeki foto reseptörler şeklinde davranan cihazlarla mümkün olabilir. Bu foto reseptörler, yukarıda anlatılan biyo-arayüz şeklinde davranır. Göze gelen ışık enerjisi reseptörler tarafınca algılanır ve elektriksel sinyallere dönüştürülür, dolayısıyla dizayn edilen optoelektronik biyo-arayüzler bu fonksiyonel yapılara alternatif oluşturabilir.

Nanoteknolojinin, elektroniğin ve tıbbi bilimlerin birleştirildiği bu biçim disiplinler arası emek harcamalar, hücreleri, sinir ağlarını ve vücudumuzu idrak etmek için yararlı platformlar oluşturdukları şeklinde, günümüzde maliyetli ve yaşam standardını düşüren birçok hastalığın tedavisi için de kullanılacaktır.

Kaynak

Photovoltaic neurointerface based on aluminum antimonide nanocrystals | Nature

Paylaşın

Sponsor