Förändringar i fotoström före och efter exponering för UV-ljus. Ihållande fotokonduktivitet visas även timmar efter att UV-ljuset har stängts av. Detta illustreras av piktogrammen som visar laddningsbärare som kommer i kontakt med celler vid gränssnittet under in vitro-experiment. Kredit:North Carolina State University
Forskare vid North Carolina State University har utvecklat en ny metod för att manipulera cellers beteende på halvledarmaterial, använda ljus för att ändra ledningsförmågan hos själva materialet.
"Det finns ett stort intresse för att kunna kontrollera cellbeteende i förhållande till halvledare - det är den underliggande idén bakom bioelektronik, säger Albena Ivanisevic, en professor i materialvetenskap och ingenjörskonst vid NC State och motsvarande författare till en artikel om arbetet. "Vårt arbete här lägger effektivt till ytterligare ett verktyg till verktygslådan för utveckling av nya bioelektroniska enheter."
Det nya tillvägagångssättet använder sig av ett fenomen som kallas persistent fotokonduktivitet. Material som uppvisar ihållande fotokonduktivitet blir mycket mer ledande när du lyser på dem. När ljuset tas bort, det tar lång tid för materialet att återgå till sin ursprungliga konduktivitet.
När konduktiviteten är förhöjd, laddningen vid materialets yta ökar. Och den ökade ytladdningen kan användas för att styra cellerna att fästa vid ytan.
"Detta är bara ett sätt att kontrollera vidhäftningen av celler till ytan av ett material, " säger Ivanisevic. "Men det kan användas tillsammans med andra, som att konstruera råheten hos materialets yta eller kemiskt modifiera materialet."
För denna studie, forskarna visade att alla tre egenskaperna kan användas tillsammans, arbetar med ett galliumnitridsubstrat och PC12-celler – en serie modellceller som används flitigt i bioelektroniktester.
Forskarna testade två grupper av galliumnitridsubstrat som var identiska, förutom att en grupp exponerades för UV-ljus – vilket utlöste dess ihållande fotokonduktivitetsegenskaper – medan den andra gruppen inte var det.
"Det var en tydlig kvantitativ skillnad mellan de två grupperna – fler celler fäste vid de material som hade exponerats för ljus, " säger Ivanisevic.
"Detta är ett proof-of-concept papper, ", säger Ivanisevic. "Vi måste nu utforska hur man konstruerar topografin och tjockleken av halvledarmaterialet för att påverka materialets ihållande fotokonduktivitet och grovhet. I sista hand, vi vill ge bättre kontroll över cellvidhäftning och beteende."
