找回密码
 立即注册

QQ登录

只需一步,快速开始

查看: 213|回复: 0

[材料资讯] 俞燕蕾课题组开发出新型人工光感受器

[复制链接]

77

主题

86

帖子

141

积分

注册会员

Rank: 2

积分
141
发表于 2023-3-22 16:38:06 | 显示全部楼层 |阅读模式
视觉是人类获取外界信息的重要途径,视觉功能受损或缺失会给生活带来诸多不便。由于缺乏有效的治疗方案,盲症的治疗一直是世界性难题,人工光感受器可以替代天然感受器细胞将光信号转换为电信号,为治疗提供新方案。但目前的人工光感受器光电信号较小,限制了信号传导到细胞。
        为了增强光电信号,复旦大学材料科学系俞燕蕾教授团队报道了一种光致形变液晶聚合物与压电聚合物复合构筑的人工光感受器,通过光-应力-电信号的转换,在蓝光照射下产生高达0.79 ± 0.02 V 的开路电压,是目前报道的相同原理最大值的19倍。这种人工光感受器由玻璃基板上的四层结构构成,包括光致形变层、压电层和两层导电电极(图1a)。当470 nm光照射到光致形变液晶聚合物时,偶氮苯基团trans-cis-trans异构化导致的自由体积膨胀(图1b),有利于产生大尺度可逆光致形变,提升光-应力转换过程中光致应力,这是提升人工光感受器电信号输出能力的关键。光致应力通过多层紧密贴合的结构传递到压电材料层,使其中的偶极子密度发生变化,从而产生电信号(图1c)。

人工光感受器

人工光感受器
图1. (a)人工光感受器的结构和组成成分结构式,包括液晶聚合物LLCP和压电聚合物P(VDF-TrFE)。(b)液晶聚合物薄膜光致形变的示意图和照片。(c)人工光感受器的开路电压。
          得益于优异的电信号输出能力,这种人工光感受器能够成功引起神经元、视网膜和周围环境之间的信息交流。钙离子成像显示,培养在人工光感受器表面的神经元在光照下相对荧光强度降低,这是钙离子流入与流出打破了细胞内钙离子浓度平衡导致的(图2a)。在视网膜退化盲鼠模型中,进一步利用该人工光感受器替代坏死的天然光感受器,通过电生理信号检测,观察到了与光照密切相关的视网膜神经节细胞放电行为。以上结果表明光电信号成功传递到神经元和视网膜组织并引起了有效刺激(图2b)。这一过程与人类视网膜将光信号转换成电信号并传递给视神经的过程极为相似,在构筑人工视觉系统方面展现出潜力。人眼含有1 ~ 1.2亿个光感受器,共同承担视觉成像功能。受此启发,研究人员将多个人工光感受器集成并制备了5×5像素阵列,每个人工光感受器相当于一个像素点,光照区域与非光照区域的像素点电信号存在高达21倍的显著差异。通过分析每个像素点产生的电信号,展示了数字和字母等简单图案的识别功能(图2c)。这项研究推动了液晶聚合物植入式器件的发展,为神经可读的人工视网膜和智能器件开辟了全新的前景。

人工光感受器

人工光感受器
图2. (a)钙离子成像示意图及神经元相对荧光强度变化。(b)电生理信号检测示意图及视网膜神经节细胞的放电行为。(c)像素阵列照片及图案识别。
        相关研究成果以“A Neuron-readable Artificial Photoreceptor Composed of Photodeformable Liquid Crystal Polymers and Piezoelectric Materials”为题,发表在Advanced Functional Materials (DOI: 10.1002/adfm.202214172.)。复旦大学材料科学系彭博博士生和陈雪莉硕士生为共同第一作者,俞燕蕾教授为通讯作者,朱国栋教授、脑科学研究院张嘉漪教授、南京大学沈群东教授在压电材料和生物实验方面提供了支持。
        文章链接:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202214172
        文章来源:复旦大学
       俞燕蕾,复旦大学材料科学系教授,博导。1993年毕业于安徽大学化学系,1996年获中国科技大学材料科学与工程系硕士学位,同年进入复旦大学材料科学系工作。2004年获得日本东京工业大学博士学位,受聘为复旦大学教授、博导。先后获得国家杰出青年科学基金(2012年)、上海市优秀学术带头人(2015年)、教育部长江学者特聘教授(2016年)、国家“万人计划”科技创新领军人才(2017年)、上海市领军人才(2017年)等人才计划支持,以及第四届中国化学会-赢创化学创新奖—杰出科学家奖。主要从事液晶高分子和光响应性高分子的研究,利用其构筑光致形变材料和光响应功能界面材料。在Nature,J. Am. Chem. Soc., Angew. Chem. Int. Ed., Adv. Mater., Adv. Funct. Mater.等学术期刊上共已发表SCI 论文70余篇,被他引4000多次。已获授权国家发明专利13件。担任Langmuir顾问编委以及European Polymer Journal、Journal of Materials Science & Technology、《功能高分子学报》、《功能材料》、《液晶与显示》等学术期刊编委。




  声明:本网部分文章和图片来源于网络,发布的文章仅用于材料专业知识和市场资讯的交流与分享,不用于任何商业目的。任何个人或组织若对文章版权或其内容的真实性、准确性存有疑义,请第一时间联系我们,我们将及时进行处理。
回复

使用道具 举报

小黑屋|手机版|Archiver|版权声明|一起进步网 ( 京ICP备14007691号-1

GMT+8, 2024-3-29 03:25 , Processed in 0.091706 second(s), 42 queries .

Powered by Discuz! X3.2

© 2001-2013 Comsenz Inc.

快速回复 返回顶部 返回列表