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中山大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院彭飛副教授團隊與南方醫(yī)科大學(xué)涂盈鋒教授團隊在微納米馬達精確調(diào)節(jié)神經(jīng)元細胞活性領(lǐng)域取得了新的研究進展。研究結(jié)果以“Photoelectrochemical TiO2-Au-Nanowire-Based Motor for Precise Modulation of Single-Neuron Activities（基于光電化學(xué)TiO2-Au納米線馬達精確調(diào)節(jié)單個神經(jīng)元細胞活性）”為題，在國際科學(xué)期刊Advanced Functional Materials（DOI：10.1002/adfm.202008667） (IF=16.836)在線發(fā)表。該文主要開發(fā)了一種基于馬達的神經(jīng)刺激策略，代表了一種精確、無創(chuàng)地傳遞生物電信號和調(diào)節(jié)神經(jīng)元活動的新方法。

視覺損傷甚至失明一直是醫(yī)學(xué)治療的重大課題。視網(wǎng)膜神經(jīng)節(jié)細胞（RGCs）的輔助激活則有助于視覺信號轉(zhuǎn)導(dǎo)回路的恢復(fù)。據(jù)報道，人工光感受器產(chǎn)生的電刺激可以通過打開鈣離子通道使細胞興奮。但目前人工光感受器材料體積龐大，需要手術(shù)植入，侵入性是一個不可避免的主要問題，限制了它們在生物體中的應(yīng)用。鑒于此，在神經(jīng)刺激領(lǐng)域還缺乏一種無創(chuàng)、高度可控的方法。

為了解決這一難題，團隊展開合作，成功地構(gòu)建并演示了由UV光（365 nm）驅(qū)動TiO2-Au 納米線（NW）馬達利用固有產(chǎn)生的光電流實現(xiàn)目標(biāo)RGC的高精度激活。在UV光照射下，通過光電效應(yīng)和光化學(xué)水分解的協(xié)同作用，光電化學(xué)反應(yīng)下馬達的自電泳機制在整個TiO2-Au NW馬達上建立了局部電場。通過調(diào)節(jié)光的方向，可以驅(qū)動馬達以高精度靶向到目標(biāo)RGC細胞。馬達自身產(chǎn)生的光電流隨后被傳輸并成功激活RGC細胞，從而實現(xiàn)了細胞與納米線之間的信號傳輸。由于NW的小尺寸和柔性以及良好的半導(dǎo)體性能，TiO2-Au馬達有效地實現(xiàn)了神經(jīng)刺激。高度可控的馬達的應(yīng)用也代表了一種以優(yōu)越的時空精度連接神經(jīng)系統(tǒng)的新方法。我們首次證明了馬達的光電轉(zhuǎn)換能力，除了提供驅(qū)動力外，還可以產(chǎn)生生物電信號來調(diào)節(jié)神經(jīng)元活動，這對于實現(xiàn)精準(zhǔn)的、非侵入性的生物信號轉(zhuǎn)導(dǎo)以及與生物系統(tǒng)的通信具有重要意義。

中山大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院為本文第一單位。研究生陳彬為本文的第一作者。奈梅亨大學(xué)Daniela A. Wilson教授參與了本項研究，為論文的共同作者。

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